JP2018517175A - 光学セキュリティ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、２つのパターン化されたリターダ（１１、１２）及び前記リターダの間の反射型偏光子（１３）を備える光学装置に関する。前記リターダのパターンに記憶される情報は、透過及び反射の両方で見られ得る。本発明による装置は、高セキュリティ要素、例えば銀行券として用いられ得る。

Description

本発明は、２つのパターン化されたリターダ及びこれらリターダの間の反射型偏光子を含む半透過型装置に関する。本発明による装置は、高セキュリティ要素、例えば紙幣として、使用することができる。

パターン化された異方特性を有する光学素子は、例えば局所的に異なる光軸方向を有する重合又は架橋された液晶を含む層を含む光学素子として公知である。そのような層は、例えば架橋性の液晶材料を局所的に異なる配向方向を示す配向層の上に塗布することによって作られる。液晶材料は、下部の配向層の局所的な配向方向を選び、そして次に配向を固定するように架橋される。

異方特性は、例えば複屈折を意味し得る。複屈折材料の層のパターンは、例えば光軸の異なる配向の帯域によって特徴付けられる。１例として、上述の液晶材料は複屈折性であり、配向パターンは配向層中の配向パターンによって実現され得る。

局所的に異なる配向方向を有する配向層は、光の直線偏光に敏感な材料の層が直線偏光に曝されるところの光配向技術によって容易に作成され得る。パターン化された配向は、光配向層の異なる領域の露光のために光の偏光方向を変えることによって達成される。詳細な方法及び適切な材料は、例えば、国際公開第2009/112206号に記載されている。

複屈折材料の異なる屈折率の故に、複屈折材料内を伝搬する光の速度は、光の偏光方向に依存する。もし直線偏光の光が複屈折材料の主軸の１つに平行でない偏向方向で複屈折材料の層に入射すると、光は互いに直交した偏光方向を有する２つの光線に分割され、それらは２つの異なる速度で伝播する。層を通って伝播する光の異なる速度は、一方の光線の他の光線へリターデーション（retardation:遅延又は位相差）を生じさせ、ひいては層を通る光路の長さと共に直線的に増加する位相差がもたらされる。所与の複屈折材料について、層を通過した後の光のリターデーションは、層の厚さに線形的に依存する。したがって、如何なる遅延も、層の厚さ、例えば４分の１波長又は２分の１波長の遅延、によって調整され得る。

一方偏光が、主軸（例えば光軸）に平行な偏光方向で複屈折層に入射する場合、光の偏光状態は、層を通過することで変化させられない。したがって、配向パターンを有する複屈折層について、例えば、第１ゾーンにおける光軸方向に平行な偏光方向で、そして例えば第２ゾーンにおける光軸方向に対して４５°で、直線偏光された光を層へ入射させることが可能である。したがって、第１ゾーンでは光の偏光状態は変化しないが、第２ゾーンでは光の偏光状態が変化する。もし半波長のリターデーションが選択されると、第２ゾーンの領域内の層を通過する偏光の偏光方向は、９０°回転される。したがって、第２ゾーンを通過する偏光の偏光方向は、第１ゾーンの偏光方向と９０°異なる。したがって、もしパターン化されたリターダを有する素子が交差直線偏光子の間に適切に配置されると、光はいくつかの領域を通過することができ、一方、他の領域では光は遮断される。これらの特性の故に、配向パターンの形において記憶された情報は通常の条件下では見えないが、素子を通過した偏光が偏光子で解析されるときに見ることができるので、パターン化されたリターダを有する光学素子は、セキュリティ装置において用いられる。

国際公開（ＷＯ 98/52077）は、各々が光学情報を符号化する第１の及び第２のパターン化されたリターダ、ならびにこれらのリターダ間に偏光子を含むスタックを備える光学装置を開示する。したがって、装置は、２つのリターダのいずれかに記憶された情報を復号化するために必要な２つの偏光子のうちの1つを予め提供する。外部偏光子が装置の下又は上に保持されている場合、第１又は第２のリターダのいずれかが内部及び外部偏光子の間に配置され、対応するリターダのパターンで符号化された情報が可視になる。したがって、外部偏光子が装置の下又は上に保持されるか否かによって、異なる情報が見えるようになる。

上の種類の従来技術の光学素子の状態は、既にセキュリティ用途のために高度のセキュリティを提供しているが、偽造防止のために光学セキュリティ素子における新規の独特の特徴に対する絶え間ないニーズが存在する。

本発明の目的は、したがって高度なセキュリティを提供する独特な特徴を有する光学セキュリティ装置を提供することである。更なる目的は、そのような装置を製造するための方法を提供することである。

本発明の第１の態様によると、第１及び第２の光学リターダ層であって、各々が区画的に異なる光軸の配向を有するものを備えるスタックを含む光学セキュリティ装置が提供され、反射型偏光子が２つのリターダの間に存在し、偏光領域は、少なくとも各リターダの１部分と重なり合うことを特徴とする。

区画的な光軸方向の配向は、画像を符号化することができ、その画像は偏光によって可視化され得る。

反射型偏光子の代わりに通常の偏光子を含む従来技術の装置と比較して、本発明による装置は、反射及び透過において観察できるという利点を有する。装置が、透過において観察できない状況がある。例えば装置は、透過において観察することを許容しない基板又は製品に固定されているが、後から装置は基板又は製品から除去されるような状況である。次に、本発明による装置の反射モードは、装置が基板に固定されている間においても装置を観察することを可能にし、後で透過において観察され得る。

好ましくは、反射型偏光子は直線偏光子である。反射型偏光子は、当該技術分野において知られており、例えば、ナノワイヤグリッド又は交互複屈折値の層を有する多層複屈折ポリマーフィルムに基づいている。多層複屈折ポリマーフィルムに基づく反射型偏光子は、例えば３ＭからのＤＢＥＦフィルムとして市販されており、そして例えば米国特許第5,882,744号公報に記載されている。
好ましくは、本発明による装置の反射型偏光子は、ＤＢＥＦなどの多層複屈折ポリマーフィルムである。

本出願の文脈において、「画像」という用語は、任意の種類の光学的情報、例えば、写真、マイクロテキストを含む文書、数字、絵画、バーコード、記号、文字、イラスト、及びグラフィックス、を表すものとする。好ましくは、画像は、写真、好ましくは顔、文字、数字、又はグラフィックスの写真、を表す。

情報の符号化及び復号化という用語は、可視情報のリターダの配向パターンへの変換とその逆変換とを指す。例えば、観察時に暗く見えるリターダ内の領域は第１の光軸方向を有し、そして明るく見える領域は第２の光軸方向を有する。グレーレベルを符号化するために、中間光軸方向が調整され得る。パターン化された光学リターダにおける情報の符号化及び復号化は、当該技術分野における既知の方法及び材料、例えば、架橋の層、又は局所的に異なる配向方向を有する重合した液晶材料の層、を用いる。

画像は、光学的コントラストを有して表示される場合にのみ知覚され得る。従来の例として、黒色の紙に黒色のインクで印刷された文字は、ほとんど見えない。したがって、文字が印刷される背景が、文字の外観と光学的に異なることが重要である。もし文字が白い紙に印刷されると、知覚される画像は、白い背景上の黒い文字である。

一方、テキストは、白紙上に黒い背景を伴う白い文字で、例えばインクジェットプリンタ又はレーザプリンタを用いて、印刷され得る。この場合に実際に印刷されるものは、文字ではなく、むしろその文字領域以外のあらゆる所で印刷される背景である。例えそうであっても、光学的情報として認識されるのはテキストである。したがって本出願の文脈においては、画像は、その違いが画像のコントラストのみである限り、同一画像とみなされる。特に、正又は負のコントラストを有する画像は、同一画像とみなされる。本発明の異なる実施態様においては、画像は、外部偏光子の第１の偏光方向については正のコントラストで、別の偏光方向については負のコントラストで現れ得る。そのような状況において、正及び負のコントラストの画像は同一画像とみなされ、本発明による第１及び第３の画像と混同されてはならない。

上記の例においては、テキストが白紙に黒で印刷されており、文字は光情報として識別され、白紙は背景として識別され得る。しかし多くの画像については、そのような割り当てはできない。画像が白黒チェッカーボードである場合、その情報が白い背景上の黒い四角から成るのか黒い背景上の白い四角から成るのかが不明である。したがって、本出願の文脈において、「画像」という用語は、画像の知覚に寄与するあらゆる部分、例えば、上記の例における文字及び背景ならびにチェッカーボードの黒及び白の部分、を含むと理解されるべきである。

本発明は、添付の図面によって更に説明される。図面は単なる例であり、本発明を理解するのを助けるが、決して本発明の範囲を限定するものではない。

本発明による装置の層構造を示す。 本装置内に符号化された情報の透過における観察を示す概略図である。第１リターダ層のパターンに記憶された画像は、観察者に見られるように本装置の後ろに外部偏光子を配置することによって可視化される。 第２リターダ層のパターンに記憶された画像が、観察者に見られるように、本装置の正面に外部偏光子を配置することによって視覚化されることを示す概略図である。 本装置内に符号化された情報の反射における観察を示す概略図である。観察者は第１リターダ層に隣接し、観察者の側からの偏光を装置に照射することにより、第１のパターン化されたリターダ層に記憶された画像が視覚化される。 観察者が第２リターダ層に隣接し、観察者側からの偏光を装置に照射することによって、第２のパターン化されたリターダ層に記憶された画像が視覚化されることを示す概略図である。

本発明による装置１０の層構造が、図１に示される。本装置は、第１の画像を符号化する配向パターンを有する第１光学リターダ層１１、第２の画像を符号化する配向パターンを有する第２光学リターダ層１２、及びその２つのリターダ間に反射型偏光子１３を備える。好ましくは、反射型偏光子は直線偏光子である。以下の説明では、反射型偏光子１３と外部偏光子１４の両方が直線偏光子であると仮定する。

第１の画像は、図２．１に示されたように、第１のリターダ１１に隣接して外部偏光子１４を適切に配置することによって視覚化され得る。観察者３０は、装置の反対側に配置される。観察者は、人間又は機械（例えばカメラ、スキャナ、又は画像を検出することができる任意の別の光学的及び／又は電気光学的システム）であり得る。装置の背後からの入射光２１は、観察者により見られるように、外部偏光子によって偏光される。光の偏光状態は、パターン化されたリターダの局所光軸方向に依存して、リターダ１１を通る際に局所的に変えられる。観察者にとって、反射型偏光子１３は透過型偏光子として働き、したがって光の局所的な偏光状態に依存して光を完全に又は部分的に遮断し得る。故に、リターダ１１に記憶された画像は可視になる。

もし、外部偏光子が、図２に示されたように装置と観察者との間にパターン化されたリターダ１２に隣接するように配置されるならば、入射光２１は反射型偏光子１３によって偏光され、この場合には、やはり直線偏光子として働く。リターダ層１２の局所的な光軸方向に応じて、光の偏光状態は変化する。偏光子１４は、光の局所的な偏光状態に応じて、光を完全に又は部分的に遮断するか又は光を透過する。したがって、リターダ１２に記憶された画像が可視になる。

上記透過型の場合の両方おいて、外部偏光子１４は、好ましくは反射型偏光子１３の偏光方向に平行又は垂直な偏光方向に配置される。画像は、ほとんど他のすべての角度についても可視になるが、可視化された画像の光学的コントラストはより低くなり得る。

第１及び第２のリターダに同時に保存された画像を観察するために、２つの外部偏光子を同時に使用することも可能である。

偏光子の位置を前面から背面へ及びその逆に変更する代わりに、装置の平面を通る軸の周りで装置を回転させることも可能である。

図３．１において、リターダ層１１のパターンに記憶された画像は、反射で観察される。例えば、紙面内で偏光方向２５を有する入射偏光２２の偏光状態は、局所的な光軸方向に依存して、リターダ層１１において局所的に変えられる。この場合の反射型偏光子は反射で働き、それ故にアナライザとして機能する。したがって、局所的に反射された光の強度は、光の局所的な偏光状態の変化に依存する。反射後、依然として偏光光の偏光状態は、更に変化することができるが、追加のアナライザがないので、光の強度はそれ以上変えられない。故に、観察者２３は、リターダ層１１のパターンに符号化された可視化された画像を見ることができる。

図３．１のように、観察者がリターダ層１２に隣接している場合、リターダ層１２のパターンに記憶された画像は、上記と同じ方法における反射において観察され得る。

偏光２２で装置を照射する代わりに、無偏光の入射光での反射において画像は観察され得る。この場合、装置から反射された光は、外部の偏光子で分析され得、これはまた記憶された画像を可視化する。

リターダの光軸と反射型偏光子の偏光方向との間の角度が４５°であり、かつそのリターダの光学リターデーション（retardation:遅延又は位相差）が、１／２波長板の光学リターデーション（それは緑色光について約２８０nmに対応する）である場合に、輝度は最大である。光学リターデーションの他の値に関しては、輝度はより低いが、暗状態が光学リターデーションから独立しているので、画像は任意のリターデーションについて観察することができる。しかし、好ましくは本発明によるリターダの光学リターデーションは、１００nmより大きく。より好ましくは１４０nmより大きく、最も好ましくは１８０nmより大きい。光学リターデーションは、好ましくは１８０〜３２０nmの範囲、より好ましくは２００〜３００nmの範囲、最も好ましくは２２０〜２８０nmの範囲である。より大きな値のリターデーションを選択することによって、２つの偏光子の間の光学リターダが着色されたように見える。有色の外観を実現するために、リターデーションは、好ましくは２５０nmより大きく、より好ましくは３５０nmより大きく、最も好ましくは４５０nmより大きい。

本発明による装置は、追加の層、例えば、配向層、保護層、カラーフィルタ層、薄い金属層、又は誘電体層、を含むことができる。

パターン化された配向を有するリターダの製造に関して公知の技術、方法及び材料が存在する。例えばリターダは、局所的に異なる光軸方向を有する重合又は架橋された液晶を含む層を含み得る。そのような層は、例えば局所的に異なる配向方向を示す配向層の上に架橋性液晶材料を塗布することによって作られる。液晶材料は、下にある配向層の局部的な配向方向を選び、配向を固定するために架橋される。このような光学素子の製造に関しては、国際特許出願（ＷＯ09112206）が参照され、この参照により本明細書に組み込まれる。

本発明による装置を製造するために用いられ得る様々な方法がある。好ましくは、パターン化されたリターダは、所望の配向パターンを有する配向面を有する基板上に、例えばコーティングによって架橋可能な液晶材料を塗布することによって作られる。液晶材料は、その下に位置する配向面の局所的な配向方向を選択し、その後、配向を固定するために架橋される。配向面は、配向層の表面であってもよい。局所的に異なる配向方向を有する配向層は、光の偏光に敏感な材料の層が直線偏光に曝される光配向技術によって容易に作ることができる。パターン化された配向は、光配向層の異なる領域の露光のために光の偏光方向を変えることによって達成される。液晶材料の配向パターンを提供するために光配向層を使用することに加えて、他の技術、例えば、基板の表面又は基板上の層に液晶を配向させる能力のある構造をエンボス加工すること、を用い得る。

リターダと反射型偏光子とを組み合わせる様々な方法がある。パターン化されたリターダは、反射型偏光子とは別個に製作され得る。例えば、１つ又は両方のパターン化されたリターダは、反射型偏光子に積層された箔の形態で製作され得る。もしパターン化されたリターダが基板上の薄い層として作られる場合、薄いリターダ層は、例えばそれを反射型偏光子へ積層すること、そして次にそのリターダから基板を除去することによって、反射型偏光子へ移行され得る。同じ方法が、第１リターダと反射型偏光子との組み合わせ、及び第２リターダと反射型偏光子との組み合わせに対しても用いられ得る。好ましくは、反射型偏光子フィルムが、基板として用いられ、そしてパターン化されたリターダの少なくとも１つは、反射型偏光子上に液晶組成物を塗布又は印刷することによって作られる。偏光子上には、液晶材料の配向情報を提供する別個の層があってもよい。液晶材料は、下にある配向層の局所的な配向方向を選択し、配向を固定するために架橋される。

Claims (17)

1. スタックを含む光学セキュリティ装置（１０）であって、第１光学リターダ層（１１）及び第２光学リターダ層（１２）を含み、それぞれは、区画的に異なる光軸の配向を有する、前記光学セキュリティ装置（１０）において、
   反射型偏光子（１３）が前記２つのリターダの間にあり、偏光領域は少なくとも各リターダの一部と重複することを特徴とする、
   光学セキュリティ装置（１０）。
2. 前記反射型偏光子（１３）は、直線偏光子である、請求項１に記載の光学セキュリティ装置（１０）。
3. 前記反射型偏光子（１３）は、多層複屈折ポリマーフィルムである、請求項２に記載の光学セキュリティ装置（１０）。
4. 前記光学リターダ（１１、１２）の少なくとも１つは、局所的に異なる光軸方向を有する重合又は架橋された液晶を含んでいる層を含む、請求項３に記載の光学セキュリティ装置（１０）。
5. 重合又は架橋された液晶を含んでいる前記層が、配向面と接触している、請求項４に記載の光学セキュリティ装置（１０）。
6. 前記配向面は、光配向層の表面である、請求項５に記載の光学セキュリティ装置（１０）。
7. 前記配向面は、基板の表面における又は基板上の層におけるエンボス構造である、請求項５に記載の光学セキュリティ装置（１０）。
8. 前記区画的に異なる光軸の配向は、画像について符号化する、請求項７に記載の光学セキュリティ装置（１０）。
9. 前記画像は、写真、テキスト、マイクロテキスト、数字、絵画、バーコード、記号、文字、イラストレーション、グラフィックのうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の光学セキュリティ装置（１０）。
10. 保護層、カラーフィルタ層、薄い金属層、誘電体層のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項９に記載の光学セキュリティ装置（１０）。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学セキュリティ装置（１０）を製造する方法であって、前記第１及び第２リターダ（１１、１２）の少なくとも１つを箔の形態で製作する工程、及び、前記１つのリターダ又は複数のリターダを前記反射型偏光子（１３）へ積層する工程を包含する、方法。
12. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学セキュリティ装置（１０）を製造する方法であって、
    − 基板上の薄い層としてパターン化された前記リターダを製作すること、
    − 薄い前記リターダ層を前記反射型偏光子（１３）へ、好ましくは、それを前記反射型偏光子へ積層させることによって、移行させること、
    − 前記リターダから基板を除去すること、
    を包含する、方法。
13. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学セキュリティ装置（１０）を製造する方法であって、
    反射型偏光子フィルム（１３）は、基板として用いられ、かつ、パターン化された前記リターダ（１１、１２）の少なくとも１つは、前記反射型偏光子フィルム上に液晶組成物を塗布又は印刷することによって作られる、方法。
14. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学セキュリティ装置（１０）を分析する方法であって、
    前記装置（１０）と観察者（３０）との間に外部偏光子（１４）を配設することを包含する、方法。
15. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学セキュリティ装置（１０）を分析する方法であって、
    観察者（３０）によって見られるように、前記装置（１０）の背後に外部偏光子（１４）を配設することを包含する、方法。
16. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学セキュリティ装置（１０）を分析する方法であって、
    偏光された光（２２）で前記装置を照射すること、及び、前記装置（１０）と観察者（３０）との間の光路（２３）において偏光子なしで画像を観察すること、を包含する、方法。
17. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学セキュリティ装置（１０）を分析する方法であって、
    無偏光の光で前記装置を照射すること、及び、前記装置と観察者（３０）との間の光路内の偏光子で前記装置（１０）を観察すること、を包含する、方法。

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