JP4456536B2 - 液晶異方性層を有する層状光学的構成部品 - Google Patents

Description

本発明は、基体上に配向層と、それと接触した架橋した液晶単量体の異方性層とから構成された層状構造体を有する光学的構成部品に関する。本発明は、前記構成部品の製造及び好ましい使用方法にも関する。

均一又は予め設定された点毎に、光学的軸が三次元的に配向した異方性透明又は着色重合体網状組織（ｎｅｔｗｏｒｋ）層は、表示技術、集積光学装置等の多くの分野で非常に重要である。

原理的にこれらの性質を有する物質、即ち、或る架橋可能な液晶ジアクリレート及びジエポキシドは、何年も前から知られている。これらの物質は、単量体状、即ち架橋前では、セル中のＬＣ相中で、慣用的配向層又は外部からの場の作用、例えば磁場又は電場の作用により配向させることができ、第二段階として、慣用的手段、即ち偏光されていない光を照射することにより、単量体状態で加えられた配向を失うことなく、光架橋することができる。

この種の層状構造体は、例えば、特許文献１により知られている。それらは、単量体層を外部からの場中で配向させ、次にマスクを通してその一部分を照射することにより製造されている。架橋は、照射された領域でのみ開始される。次に外部場の方向を変化させ、未だ架橋されていなかった単量体領域を新しい場方向に再配向する。次にその後者の領域を照射により架橋する。明らかにこの方法は大きな局部的解像力を有する配向構造体を与えることはできない。なぜなら、マスクの影によりラジカル架橋反応を鮮明に定めることができないからである。

局部的に変化した配向を有する配向層を形成する方法が最近知られるようになってきた。例えば、特許文献２には、重合体中に配合された二色染料分子を写真製版により配向させることが記載されている。

光配向可能な重合体の網状組織（ＰＰＮ）からなる配向層と、それと接触させた架橋した液晶単量体のフイルムを含む層状構造体が、未だ公告されていない特許文献３に記載されている。これらの層状構造体は、液晶単量体をＰＰＮ層と相互作用させることにより配向し、その配向を次の架橋工程で固定することにより製造している。他の詳細な点については、特許文献３を参照されたい。
ＥＰ−Ａ−３３１２３３ 米国特許第４，９７４，９４１号明細書 スイス特許出願Ｎｏ．４８８／９３

本発明の目的は、上記種類の層状構造体を用いて、光学的及び電気光学的構成部品及び装置に対する他の可能性を与えることである。

上記目的のため、本発明は、基体上に配向層と、それと接触した架橋した液晶単量体の異方性層とから構成された層状構造体を有する光学的構成部品であって、その基体が反射体を含む光学的部品を提供する。反射体は散乱又は鏡面金属表面又は反射性重合体、例えば、金属化車体ペイントの場合のような顔料を含んだ重合体、又は反射性紙、又は誘電体鏡又は金属フィラメントの形の金属等にすることができる。反射体は少なくとも部分的に入射光の偏光状態を維持しなければならない。
そして、本発明の態様には以下のものがある。
上記、基体は、反射体のみからなるものであるか又は、基体が透明材料からなるものであってもよい。
基体が透明材料からなる上記光学的構成部品については以下の態様がある：反射体が、基体の、配向層とは反対側の上に配置されているもの；反射体がＬＣＰ層の上方に配置され、前記ＬＣＰ層上の光学的情報が基体を通して観察されるもの；透明基体の両側に、配向層と、それと接触した架橋した液晶単量体の異方性層を含む層状構造体を配置したもの；基体表面の一方の側に、配向層と、それと接触した架橋した液晶単量体の異方性層を含む層状構造体を有し、基体の他方の表面に遅延層又は遅延箔を有するもの。
又、本発明に用いる基体は、光学的に異方性であってもよい。さらに、本発明の配向層がＬＣＰ層内に傾斜角を生じ、その結果その光学軸が基体表面に対し或る角度を持っているものであってもよい。
本発明によるこの種の構成は、特に銀行券又は文書の偽造及び複写の防止、或は反射性液晶表示装置の製造、或は導波管、回折格子、非線形光学的（ＮＬＯ）活性物質、又は電気光学的マッハ・ゼンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ）変調器等の如き集積光学装置のための光学的構成部品の製造で用いるのに特に適している。

入手できる高品質複写技術により、銀行券、クレジットカード、文書等の盗用防止（ｓｅｃｕｒｉｔｙ）構造体の偽造を防ぐ必要性及び需要が増大しているが、それらが何のためかと言うことが一般大衆によって明確に認識されなければならない。現在使用されている殆どの盗用防止構造体、例えば、ホログラム又はキネグラム（ｋｉｎｅｇｒａｍ）〔「光学的文書機密保護」（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ）、Ｒ．Ｌ．ファン・レネッセ（ｖａｎ Ｒｅｎｅｓｓｅ）編集、（Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ、ボストン、ロンドン）第１６９頁のＪ．Ｆ．モーザー（Ｍｏｓｅｒ）による「光学的可変グラフィックスによる文書保護」（Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）〕は、回折格子による光の屈折を基にしている。それらの真実性を調べるためには、これらの安全機密構造体を異なった視角で観察しなければならない。このことは、その模様にとって特殊な規則に従って調べなければならない虹色（ｉｒｉｄｅｓｃｅｎｃｅ）又は映像（ｃｉｎｅｍａｔｉｃ）効果を三次元的像の中に与える結果になる。このことは、一般大衆がこの種の安全機密構造体が本物であるかどうかを目で調べるために、これらの複雑な規則を多数知る必要があると言う問題を生ずる。屈折に基づく安全機密構造体は、特に機械的に調べるために非常に複雑になっている。これらの技術によって暗号化された個々の項目、例えば像又は数字を、手動で読取ることは実際上不可能である。

ＥＰ−Ａ４３５０２９には、既知の種類のコレステリック液晶の形の、例えば、液晶温度計の形の安全用素子が記載されている。コレステリック液晶は、機械的格子と同様に、１８８８年以来知られている反射光の色が見る角度によって変化すると言う性質を有する周期的構造を有する。従って、それに付随する虹色を基にした真実性についての試験は、機械的格子の場合と同じ問題を伴っている。

本発明の一つの態様を、次に図面を参照して記述する。

図面は、偽造防止銀行券の層状構造体を詳細に示す概略的図面である。層状構造体の基礎又は基体は紙の層１であり、それは慣用的銀行紙幣の紙と同じである。多くの慣用的銀行券は、既に偽造に対する或る保護を与える目的で金属帯又はフィラメントを有する。従って、金属層２は紙１の表面の或る部分を覆っている。配向層３がその金属層の上に配置されており、その上の遅延層（ｒｅｔａｒｄｅｒ ｌａｙｅｒ）４に配向効果を与える。配向層３は、遅延層４にその架橋前に転写される模様を有し、それは遅延層の模様５として存在する。遅延模様で被覆された金属帯を非偏光で観察すると、正常な金属フィラメントが見える。もしその形状を偏光フィルターを通して調べると、その模様が見えるようになる。模様は、偏光感応性検出器を用いて、目で又は機械で認識することができる。

これは、銀行券、クレジットカード、文書等の複写又は偽造に対する非常にエレガントな手段を組み込む方法である。遅延模様は、例えば、像又はテキストを含んでいてもよい。それは、例えば偏光フィルターを通して観察した時、通常見ることができない暗号を見ることができるようにするのにも用いることができる。

非偏光で観察した時、遅延模様が見えないため、その層状構造体を他の盗用防止構造体上に、その性質に影響を与えることなく重ねて配置することもできる。他の複写防止法とのこの組合せは、偽造に対する保護性を更に増大することができる。

別法として、遅延層を、その光軸が表面に対し或る角度を持つようにして、盗用防止素子中に組み込むことができる。その層は、傾斜させ、傾斜前の位置に対し非対称性になるような色又は明暗効果を生ずるようにすることができる。

既知の盗用防止素子と比較して、本発明は、その安全用構造体の真実性を一般大衆が容易に調べることができる特徴を有する。なぜなら、複雑な虹色又は映像効果を認識することを最初に学ぶ必要はないからである。

本発明の他の詳細な点を次の例によって明らかにする。

例１
ＰＰＮ層の製造
ＰＰＮ材料はケイ皮酸誘導体にすることができる。高いガラス転移温度（Ｔｇ＝１３３℃）を有するＰＰＮ材料をこの例のために選択した：

ガラス板に、ＮＭＰ中にＰＰＮ材料を入れた５％溶液を２０００ｒｐｍで１分間スピン被覆した。次にその層を加熱用台上で１３０℃で２時間乾燥し、１３０℃で真空中で更に４時間乾燥した。次にその層を非常に高圧の２００ＷのＨｇランプからの直線偏光で５分間室温で照射した。次にその層を液晶のための配向層として用いることができた。しかし、配向層の熱安定性は、多くの用途にとって余りにも小さすぎた。例えば、配向能力は、例えば、１２０℃で１５分後に失われた。

例２
ＬＣＰ層のための架橋可能なＬＣ単量体の混合物
次のジアクリレート成分をこの例で架橋可能なＬＣ単量体として用いた：

これらの成分を用いて、特に低い融点（Ｔｍ≒３５℃）を有する過冷却可能なネマチック混合物ＭＬＣＰを開発し、そのＬＣＰ層を室温で調製することができるようにした。

ジアクリレート単量体は、次の比率で混合物中に存在していた：
単量体１： ８０％
単量体２： １５％
単量体３： ５％

架橋過程を促進するため、２％のチバ・ガイギー光開始剤イルガキュアー（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）３６９を添加した。混合物ＭＬＣＰをアニソール中に溶解し、ＰＰＮ基体に適用した。ＬＣＰ層の厚さは、アニソール中のＭＬＣＰの濃度によって広い範囲に亙って調節することができた。

ＬＣ単量体の光開始架橋を行うために、配向後の層を１５０Ｗキセノンランプからの等方性光で約３０分間照射し、それによって配向を固定した。

例３
鏡面又は拡散反射金属表面上の遅延層
アルミニウムを蒸着被覆したガラス板にＰＰＮ層を適用し、次に直線偏光ＵＶ光で照射した。板の半分を照射する間に偏光方向を、他の半分を照射した時の偏光方向に対し４５度回転させた。アニソール中に入れたＭＬＣＰの３０％溶液を、スピン被覆（２０００ｒｐｍで２分間）により照射ＰＰＮ層へ適用した。これらの条件により、架橋後、約１４０ｎｍの光学的レターデーションを有する層を与える結果になった。しかし、金属層により反射された光は２倍の光学的レターデーション、即ち、２８０ｎｍのレターデーションを受けた。これは、スペクトルの可視光部分の平均波長に対し、ほぼλ／２板に相当していた。

反射光を偏光子を用いずに観察すると、光学的に変性されていない反射板だけを見ることができた。しかし、透過方向が、照射によって決定された二つの方向の一方に一致するように偏光子を板の前に保持すると、板の対応する半分は明るく見え、他の半分は深い青色に見えた。

従って、反射性表面上に、偏光子を用いるだけで読むことができる情報を書くことができる。これらのレターデーション模様は、例えば、複写を防止し、文書、銀行券等の真実性を調べるために用いることができる。

偽造防止銀行券の層状構造体を詳細に示す概略的図面である。

符号の説明

１ 基体（紙）
２ 金属層
３ 配向層
４ 遅延層
５ 模様

Claims (16)

1. 基体上に入射光の偏光状態を維持する鏡面又は散乱反射体と接触する配向層と、それと接触した架橋した液晶単量体の異方性層とから構成された層状構造体を有する光学的構成部品であって、
   該基体は観察者から見て鏡面又は散乱反射体の背後に設けられ、
   該鏡面又は散乱反射体は該配向層の背後に設けられ、
   該配向層は該異方性層の背後にあり、
   上記層状構造体は、液晶単量体を配向層と相互作用させることにより配向し、その配向を架橋工程で固定することにより製造されたものであり、
   該架橋した液晶単量体の異方性層が局部的に変化する分子の配列による模様を有する光学的構成部品を、
   偽造及び複写を防止しようとする物品に適用することを含む、物品の偽造及び複写を防止するための方法。
2. 基体が反射体からなる、請求項１に記載の方法。
3. 基体が透明材料からなる、請求項１に記載の方法。
4. 基体が光学的に異方性である、請求項３に記載の方法。
5. 配向層が架橋した液晶単量体の異方性層内に傾斜角を生じ、その結果その光学軸が基体表面に対し或る角度を持っている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 配向層が光配向可能な重合体の網状組織を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 架橋した液晶単量体の異方性層が二色染料分子を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 反射体が金属フィラメントの形の金属である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 架橋した液晶単量体及び配向層を含む層状構造体が他の盗用防止構造体であるホログラム又はキネグラムの上に配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 基体が紙である、請求項１に記載の方法。
11. 基体が銀行紙幣の紙である、請求項１０に記載の方法。
12. 該光学的構成部品が、基体上に配向層、それと接触した架橋した液晶単量体の異方性層、及び鏡面又は散乱反射体のみからなる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 物品が銀行券である、請求項１に記載の方法。
14. 物品がクレジットカードである、請求項１に記載の方法。
15. 物品が文書である、請求項１に記載の方法。
16. 光学的構成部品が手動又は自動的に操作される光学的読取り装置で検出可能な形式の情報を含む、請求項１に記載の方法。

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