|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ формирования поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента, содержащий этапы, при которых обеспечивают подложку, наносят на подложку изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках и/или рельефных голограммах, наносят на указанный слой с рельефно-структурированной поверхностью промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью, наносят на указанный промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала в изотропном состоянии, переводят нанесенный на промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала из изотропного состояния в мезоморфное состояние, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен так, чтобы обеспечить в слое ЖК-материала в мезоморфном состоянии предварительно заданную картину пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величин дихроизма поглощения и/или двулучепреломления), соответствующую предварительно заданной картине распределения направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках или рельефных голограммах, сформированную в слое с рельефно-структурированной поверхностью, выполняют отверждение слоя ЖК-материала с формированием из него твердотельного оптически анизотропного слоя с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии в соответствии с картинно-пространственным распределением направлений, глубин и периодов штрихов на рельефно-структурированной поверхности промежуточного слоя, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен таким образом, чтобы обеспечивать точное воспроизведение заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии в слое ЖК-материала, наносят защитный лаковый слой поверх оптически анизотропного твердотельного слоя, полученного из отвержденного слоя ЖК-материала. 2. Способ по п.1, в котором слой ЖК-материала представляет собой лиотропный или термотропный материал. 3. Способ по п.1 или 2, в котором перевод нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем понижения температуры ТЖКМ до фазового перехода. 4. Способ по п.1 или 2, в котором перевод нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ) или лиотропный ЖК-материал (ЛЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем полного или частичного испарения растворителя из слоя ЖК-материала, который предварительно добавляют в указанный слой ЖК-материала. 5. Способ по п.1, в котором подложка выполнена из прозрачного полимера типа полипропилен (ПП) или полиэтилентерефталат (ПЭТ) и имеет толщину в диапазоне 19-50 мкм. 6. Способ по п.1, в котором слой с рельефно-структурированной поверхностью представляет собой полимерный слой толщиной в диапазоне от 1 до 5 мкм, предпочтительно в диапазоне от 1 до 3 мкм. 7. Способ по п.1, в котором промежуточный твердотельный аморфный слой имеет толщину размером в диапазоне от мономолекулярного порядка 10 до 100 A. 8. Способ по п.1, в котором промежуточный твердотельный аморфный слой выполняется из материалов на основе оксидов кремния, оксидов металлов или их смесей и комбинаций, выбранных из группы, состоящей из оксидов SiO, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , ZnO 2 , в том числе их смесей и комбинаций, или ZnS, а также из органических фотоанизотропных материалов, например азокрасителя Протравного Чисто-Желтого. 9. Способ по п.1, в котором промежуточный твердотельный аморфный слой дополнительно содержит в своем составе по меньшей мере одно органическое вещество из класса поверхностно-активных веществ. 10. Способ по п.1, в котором твердотельный оптически анизотропный слой, сформированный из слоя ЖК-материала, имеет толщину от 0,2 до 2 мкм. 11. Способ по п.1, в котором дополнительно наносят восковой разделительный слой толщиной 0,1-0,5 мкм и с температурой размягчения 60-90 °С между подложкой и изотропным термопластическим лаковым слоем. 12. Способ по п.1, в котором дополнительно наносят поверх твердотельного промежуточного слоя слой вакуумно-напыленного металла или прозрачных диэлектриков толщиной около 0,05 мкм с показателем преломления по меньшей мере 2. 13. Оптическое защитное устройство, содержащее поляризационно-дифракционный твердотельный элемент, выполненный согласно способу формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента по одному из пп.1-12 и содержащий подложку, расположенный на подложке изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках и/или рельефных голограммах, промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, расположенный на указанном слое с рельефно-структурированной поверхностью и выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью, а также слой ЖК-материала, обеспеченный на указанном промежуточном твердотельном аморфном слое и выполненный с возможностью преобразования слоя ЖК-материала в твердотельный оптически анизотропный слой с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии, а также защитный лаковый слой, расположенный поверх оптически анизотропного твердотельного слоя. 14. Оптическое защитное устройство по п.13, выполненное с возможностью нанесения или встраивания в защищенное устройство, представляющее собой ценный документ, подлежащий защите. 15. Оптическое защитное устройство по п.14, в котором ценный документ представляет собой одно из: банкноты, лицензии, страницы паспорта, пластиковая карта, ваучер, акция, чековая книжка, акцизная марка, идентификационный документ. 16. Ценный документ, содержащий оптическое защитное устройство по одному из пп.13 и 14, выполненное с возможностью нанесения или встраивания в защищенное устройство, при этом защитное устройство содержит поляризационно-дифракционный твердотельный оптический элемент, выполненный согласно способу формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента по одному из пп.1-12. 17. Документ по п.16, который представляет собой одно из: банкноты, лицензии, страницы паспорта, пластиковая карта, ваучер, акция, чековая книжка, акцизная марка, идентификационный документ.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ формирования поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента, содержащий этапы, при которых обеспечивают подложку, наносят на подложку изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках и/или рельефных голограммах, наносят на указанный слой с рельефно-структурированной поверхностью промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью, наносят на указанный промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала в изотропном состоянии, переводят нанесенный на промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала из изотропного состояния в мезоморфное состояние, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен так, чтобы обеспечить в слое ЖК-материала в мезоморфном состоянии предварительно заданную картину пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величин дихроизма поглощения и/или двулучепреломления), соответствующую предварительно заданной картине распределения направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках или рельефных голограммах, сформированную в слое с рельефно-структурированной поверхностью, выполняют отверждение слоя ЖК-материала с формированием из него твердотельного оптически анизотропного слоя с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии в соответствии с картинно-пространственным распределением направлений, глубин и периодов штрихов на рельефно-структурированной поверхности промежуточного слоя, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен таким образом, чтобы обеспечивать точное воспроизведение заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии в слое ЖК-материала, наносят защитный лаковый слой поверх оптически анизотропного твердотельного слоя, полученного из отвержденного слоя ЖК-материала. 2. Способ по п.1, в котором слой ЖК-материала представляет собой лиотропный или термотропный материал. 3. Способ по п.1 или 2, в котором перевод нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем понижения температуры ТЖКМ до фазового перехода. 4. Способ по п.1 или 2, в котором перевод нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ) или лиотропный ЖК-материал (ЛЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем полного или частичного испарения растворителя из слоя ЖК-материала, который предварительно добавляют в указанный слой ЖК-материала. 5. Способ по п.1, в котором подложка выполнена из прозрачного полимера типа полипропилен (ПП) или полиэтилентерефталат (ПЭТ) и имеет толщину в диапазоне 19-50 мкм. 6. Способ по п.1, в котором слой с рельефно-структурированной поверхностью представляет собой полимерный слой толщиной в диапазоне от 1 до 5 мкм, предпочтительно в диапазоне от 1 до 3 мкм. 7. Способ по п.1, в котором промежуточный твердотельный аморфный слой имеет толщину размером в диапазоне от мономолекулярного порядка 10 до 100 A. 8. Способ по п.1, в котором промежуточный твердотельный аморфный слой выполняется из материалов на основе оксидов кремния, оксидов металлов или их смесей и комбинаций, выбранных из группы, состоящей из оксидов SiO, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , ZnO 2 , в том числе их смесей и комбинаций, или ZnS, а также из органических фотоанизотропных материалов, например азокрасителя Протравного Чисто-Желтого. 9. Способ по п.1, в котором промежуточный твердотельный аморфный слой дополнительно содержит в своем составе по меньшей мере одно органическое вещество из класса поверхностно-активных веществ. 10. Способ по п.1, в котором твердотельный оптически анизотропный слой, сформированный из слоя ЖК-материала, имеет толщину от 0,2 до 2 мкм. 11. Способ по п.1, в котором дополнительно наносят восковой разделительный слой толщиной 0,1-0,5 мкм и с температурой размягчения 60-90 °С между подложкой и изотропным термопластическим лаковым слоем. 12. Способ по п.1, в котором дополнительно наносят поверх твердотельного промежуточного слоя слой вакуумно-напыленного металла или прозрачных диэлектриков толщиной около 0,05 мкм с показателем преломления по меньшей мере 2. 13. Оптическое защитное устройство, содержащее поляризационно-дифракционный твердотельный элемент, выполненный согласно способу формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента по одному из пп.1-12 и содержащий подложку, расположенный на подложке изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках и/или рельефных голограммах, промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, расположенный на указанном слое с рельефно-структурированной поверхностью и выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью, а также слой ЖК-материала, обеспеченный на указанном промежуточном твердотельном аморфном слое и выполненный с возможностью преобразования слоя ЖК-материала в твердотельный оптически анизотропный слой с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии, а также защитный лаковый слой, расположенный поверх оптически анизотропного твердотельного слоя. 14. Оптическое защитное устройство по п.13, выполненное с возможностью нанесения или встраивания в защищенное устройство, представляющее собой ценный документ, подлежащий защите. 15. Оптическое защитное устройство по п.14, в котором ценный документ представляет собой одно из: банкноты, лицензии, страницы паспорта, пластиковая карта, ваучер, акция, чековая книжка, акцизная марка, идентификационный документ. 16. Ценный документ, содержащий оптическое защитное устройство по одному из пп.13 и 14, выполненное с возможностью нанесения или встраивания в защищенное устройство, при этом защитное устройство содержит поляризационно-дифракционный твердотельный оптический элемент, выполненный согласно способу формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента по одному из пп.1-12. 17. Документ по п.16, который представляет собой одно из: банкноты, лицензии, страницы паспорта, пластиковая карта, ваучер, акция, чековая книжка, акцизная марка, идентификационный документ.
Евразийское 032083 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2019.04.30
(21) Номер заявки 201791680
(22) Дата подачи заявки
2017.08.23
(51) Int. Cl.
B42D 25/328 (2014.01) B42D 25/364 (2014.01) B42D 25/465 (2014.01)
(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ДИФРАКЦИОННОГО
ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА, ОПТИЧЕСКОЕ ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ДИФРАКЦИОННЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ВЫПОЛНЕННЫЙ СОГЛАСНО УКАЗАННОМУ
СПОСОБУ, И ЦЕННЫЙ ДОКУМЕНТ, СОДЕРЖАЩИЙ УКАЗАННОЕ УСТРОЙСТВО
(43) 2019.02.28
(96) 2017000075 (RU) 2017.08.23
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
"НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "КРИПТЕН" (RU)
(72) Изобретатель:
Козенков Владимир Маркович, Шаталов Борис Рудольфович, Смирнов Леонид Игоревич, Смирнов
Андрей Валентинович, Сергиенко Александр Михайлович, Сазонов Антон Станиславович (RU)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) RU-C2-2362684 RU-C2-2372630 US-A1-20140232974 US-A1-20060194000 US-A1-20090310195
(57) Изобретение относится к области поляризационно-дифракционного оптического приборостроения, а именно к способу формирования поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента, который включает этапы, при которых наносят на подложку изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках или рельефных голограммах, наносят на указанный слой с рельефно-структурированной поверхностью промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью, наносят на указанный промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала в изотропном состоянии, переводят нанесенный на промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала из изотропного состояния в мезоморфное состояние, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен так, чтобы обеспечить в слое ЖК-материала в мезоморфном состоянии предварительно заданную картину пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величин дихроизма поглощения и/ или двулучепреломления), соответствующую предварительно заданной картине распределения направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках или рельефных голограммах, сформированную в слое с рельефно-структурированной поверхностью, выполняют отверждение слоя ЖК-материала с формированием из него твердотельного оптически анизотропного слоя с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии в соответствии с картинно-пространственным распределением направлений, глубин и периодов штрихов на рельефно-структурированной поверхности промежуточного слоя.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к технике поляризационно-дифракционного оптического приборостроения, а именно к многослойным поляризационно-дифракционным твердотельным оптическим элементам (ПДОЭ) и устройствам, к способу их изготовления, а также к защитным устройствам, включающим указанный поляризационно-дифракционный твердотельный оптический элемент.
Оптическое устройство, включающее указанный поляризационно-дифракционный оптический элемент согласно изобретению, может быть использовано в таких областях техники, как устройства записи, хранения, обработки и отображения оптической информации, например при изготовлении жидкокристаллических (ЖК) и стереоскопических дисплеев и устройств, в волоконной и интегральной оптике, линиях оптической коммуникации, в производстве офтальмологических продуктов типа поляризационных очков, декоративных стекол при строительстве архитектурных сооружений, в рекламном деле при изготовлении осветительной аппаратуры, витражей и т.д.
Особый интерес предлагаемое изобретение может представлять для создания устройств защиты информации, ценных бумаг и различных предметов и изделий человеческой деятельности от подделок и фальсификации, т.е. защитных устройств.
Уровень техники
В настоящее время в оптических средствах науки и техники все более широкое применение получают голограммы и дифракционные решетки в рельефно-несущем исполнении (см. "Методы компьютерной оптики", под. ред. В.А. Сойфера, Физматлит, 2003 г., с. 688 [1], и 13-я Международная Конференция "ГолоЭкспо 2016", Голография. Наука и Практика, Тезисы докладов, 12-15 сентября 2016 г., Ярославль, Россия [2]), а также тонкопленочные твердотельные анизотропные слои, содержащие в своем составе органические вещества и материалы, способные проявлять лиотропные или термотропные ЖК-свойства в определенных растворителях [3,4] или в определенном температурном интервале (см. В.М. Козенков, А.А. Спахов, В.В. Беляев, Д.Н. Чаусов, "Оптически анизотропные и интерференционные средства защиты: свойства, технология, применение", Жидкие кристаллы и их практическое использование, 2016 г., т. 16, № 4, 9-21 [3] и Ullmann"s Encyclopadie der tech. Chemie, 4th Ed.,vol. 11, pp. 658-671, Verlag-Chemie, 1976; J.M. Seddon Handbook of liquid crystals, 1998, Wiley-VCH, Weinheim [4], а также Л.М. Блинов, "Электро- и магнитооптика жидких кристаллов", М. "Наука", 1978 г., с. 384 [5]).
Лиотропные и термотропные ЖК-материалы (ЖКМ) являются представителями широких классов органических соединений, которые обладают структурными свойствами, промежуточными между свойствами изотропной жидкости (текучесть) и свойствами твердого кристалла (оптическая анизотропия).
При этом хорошо известно, что, например, лиотропные (ЛЖК) или термотропные (ТЖК) жидкокристаллические вещества и материалы на их основе могут быть использованы в технике поляризационного оптического приборостроения только либо в ориентационно упорядоченном молекулярном ЖК-состоянии или в виде аморфных твердотельных слоев с высокопространственно-ориентированными анизотропными молекулами в них.
В первом случае такое ориентированное упорядоченное ЖК-состояние в макроскопическом масштабе, т.е. переход от мутного светорассеивающего ЖК-состояния с множеством неориентированных самоорганизованных молекулярных структур в виде доменов с поперечными размерами порядка долей мкм к монодоменным ЖК-структурам, как правило, достигается внешними анизотропными (электростатическими, магнитными, электромагнитными, акустическими, механическими и другими) силами (см. Ullmann's Encyclopadie der tech. Chemie, 4th Ed., vol. 11, pp. 658-671, VerlagChemie, 1976; J.M. Seddon, Handbook of liquid crystals, 1998, Wiley-VCH, Weinheim [4], а также Л.М. Блинов, "Электро- и магнитооптика жидких кристаллов", М. "Наука", 1978 г., с. 384 [5]).
Аморфные твердотельные ориентированные слои анизотропных веществ, например, в виде дихро-ичных поляризаторов могут формироваться под действием сдвигового механического усилия при нанесении на подложку ЖКМ, находящихся в мезофазе, с помощью, например, ракеля ножевого или цилиндрического типа и последующего испарения растворителя (см. US 5739296, IPC C09B 31/147, опубл. 14.04.1998 г. [6]).
Наибольшее практическое распространение получения макроскопически молекулярно ориентированных ЖК-слоев получил метод ориентирования с помощью однонаправленного механического натирания с помощью различных материалов (кожа, бумага, ткань и т.д.) твердотельных полимерных подложек. В результате поверхности подложки придается поверхностно-рельефная структурированная анизотропия в виде статистически упорядоченных по направлению и размеру микроканавок, в которых и ориентируются молекулы ЖКМ (см. US 2400877 A, IPC G02B 5/30, опубл. 28.05.1946 г. [7]).
По версии, изложенной в публикации (J.M. Greary, J.W. Goodby, A.R. Kmetz, J.S. Patel, "The mechanism of polymer alignment of liquid crystals" J. Appl. Phys., 62, 4100-4108, 1987 г. [8]), альтернативным механизмом процесса, предложенного в патенте US 2400877 А [7], может быть первоначальная ориентирования поверхностных полимерных молекул в направлении механического натирания. В свою очередь они стимулируют ориентирование ЖК-молекул, контактирующих с ними на границе раздела "полимерный слой ЖК-молекулы". Далее, этот процесс в результате диполь-дипольного взаимодействия сопровождается последующим упорядочением ЖК-молекул в объеме слоя. Такая упорядоченность достигает
глубин до 40-50 мкм с постепенным уменьшением параметра порядка (степени молекулярной упорядоченности) по глубине слоя.
Если эти ориентированные молекулярные "структуры" могут быть "заморожены" с переходом в твердотельное состояние, то сформированные из них твердотельные стеклообразные высокоориентиро-ванныеЖК-слои становятся весьма привлекательными для многих оптических и оптико-электронных применений, в том числе для создания новых тонкопленочных (в пределах порядка 0,05-2,0 мкм) поляри-зационно-оптических средств. Особый интерес представляет возможность формирования оптически анизотропных структур с картинным пространственным распределением направлений оптической оси и величины фазовой задержки в них.
В последние десятилетия огромный интерес для ориентирования, в том числе картинного (дискретно мозаичного или непрерывного), получил метод ориентирования термотропных и лиотропных ЖК-структур с помощью так называемых фотоанизотропных материалов. Эти материалы проявляют эффект фотоиндуцированной оптической анизотропии и поверхностной молекулярной упорядоченности при их облучении поляризованным или даже неполяризованным, но направленным излучением, поглощаемым ими. Более того, в отличие от механизма, предложенного в публикации (см. J.M. Greary, J.W. Goodby, A.R. Kmetz, J. S. Patel, "The mechanism of polymer alignment of liquid crystals" J. Appl. Phys., 62, 4100-4108, 1987 г. [8]), они приобретают свойство картинно ориентировать молекулы нанесенных на них термо-тропных или лиотропных ЖК в соответствии с пространственным распределением состояния поляризации этого излучения (см. V.G. Chigrinov, V.M. Kozenkov, H.S. Kwok, Photoalignment of Liquid Crystalline Materials: Physics and Applications, 232 pp., Wiley, August 2008 [9]). Данный эффект впервые был обнаружен одним из авторов данного изобретения В.М. Козенковым в 1990 г. (см. В.М. Козенков и другие, 2-й Всесоюзный семинар "Оптика жидких кристаллов", Тезисы докладов, Красноярск, 17-21 сентября 1990 г.
[10]).
Однако зачастую многие существующие ЖК-структуры, в частности некоторые низкомолекулярные высокотемпературные термотропные ЖК, оказываются не в состоянии сохранять молекулярно-ориентированное аморфное твердотельное состояние при их охлаждении до комнатной температуры. Они имеют тенденцию превращаться в поликристаллические светорассеивающие пленки, что делает их не пригодными для практического применения.
Из уровня техники поляризационного приборостроения известен один из первых оптических поляризаторов, раскрытых в US 2400877 А, опубл. 28.05.1946 г. [7]. Он представлял собой дихроичный однородно ориентированный поляризующий слой, изготавливаемый путем нанесения раствора ЛЖК-красителя в воде на твердую подложку. Этой подложке предварительно придавалась поверхностно-рельефная структурированная анизотропия в виде статистически упорядоченных по направлению и размеру микроканавок за счет однонаправленного механического натирания. После испарения остаточного растворителя на поверхности подложки образовывалась тонкая молекулярно-ориентированная поляризующая пленка, состоящая из статистически параллельно расположенных и ориентированных в одном направлении молекул дихроичного вещества.
Этим же способом получались и пассивные (не управляемые, например, электрическими или магнитными полями) твердотельные анизотропные оптические элементы в виде прозрачных в заданной спектральной области фазовых пленок с использованием ЛЖК или фотополимеризующихся термотроп-ных ТЖК, а также фотохимически обратимо (фотохромно) или необратимо активных и инертных полимерных сред, проявляющих ЖК-свойства при температурах выше комнатных.
Недостатком данного технического решения ориентирования слоев вышеуказанных ЖКМ-методом механического натирания подложки является недостаточно высокие параметры анизотропии и наличие светорассеяния в полученных из них твердотельных анизотропных пленках. Это связано с флуктуацион-ным пространственным характером распределения ориентированных вдоль направления натирания микроканавок на поверхности твердотельной подложки по их глубине, микроскопическим размерам по длине и расстояний между ними на плоскости, что обусловлено как используемым методом и устройством натирания подложки при их нанесении на подложку, так и материалом самой подложки. Все это приводит к случайным искажениям толщины формируемого слоя ЖКМ (случайным по площади локальным изменениям величины дихроизма поглощения и(или) фазовой задержки) и увеличению светорассеяния в нем и в отвержденном слое. Кроме того, недостатком метода является ограниченная функциональная возможность, поскольку в соответствии с предложенной конструкцией оптическая ось формируемого с его помощью анизотропного элемента ориентирована в основном только в одном направлении на всей поверхности поляризатора или фазовой пластины. Это сужает возможности его широкого использования в качестве анизотропного поляризационного прибора.
В этой связи были предложены различные способы расширения функциональных возможностей тонкопленочных анизотропных оптических элементов, в частности, путем создания структур с пространственно модулированной по поверхности ориентирования оптической оси и/или величины дихроизма и оптической фазовой задержки в них.
Простейший из таких способов описан в патенте (RU 2110818, IPC G02В 5/30, опубл. 10.05.1998 г. [11]). В предложенном патенте раскрыт картинный дихроичный поляризатор света, представляющий
собой многослойную структуру, состоящую из отдельных поляризующих элементов, сформированных на различных подложках. Оси поляризации каждого из поляризующих элементов направлены под углом в пределах от 0 до 90° относительно друг друга. При этом отдельные поляризующие элементы представляют собой молекулярно ориентированные слои, сформированные из растворов одного и того же или разных органических красителей, находящихся в ЛЖК-состоянии.
Близким к заявляемому техническому решению является и поляризационная линза, предложенная в патенте (US 7625626, IPC В32В 3/00, опубл. 01.12.2009 г. [12]), содержащая дихроичную поляризационную твердотельную пленку из материала, способного проявлять ЛЖК-свойства, на подложке с предварительно сформированной в ней поверхностно-рельефной структурированной анизотропией в виде частично изогнутых в пространстве микроканавок за счет определенного по направлению механического натирания. Наличие таких непрерывно изогнутых и, в частности, наклоненных микроканавок по отношению к заданному направлению в левую и правую стороны периферийных областей от геометрического центра линзы, приводит к тому, что направления осей поляризации поляризационного слоя непрерывно изменяются по поверхности поляризатора.
Данное техническое решение частично расширяет функциональные возможности описанного выше оптического поляризационного элемента, например, в виде поляризационной линзы. Однако ее недостатками являются сложность и высокая цена практической реализации. Кроме того, исключается возможность использования для их массового производства хорошо известной "roll-to-roll" технологии (см. М.Р.С. Watts. Advances in roll to roll processing of optics, Proc. of SPIE, vol. 6883, 688305-1-688305-11, 2008
г. [13]).
В патенте (RU 2445655, IPC G02B 5/30, опубл. 20.03.2012 г. [14]) описан способ получения картинной фазовой пленки на основе слоя фотополимеризующегося ТЖК с двумя взаимно ортогональными направлениями оптических осей, обусловленных направлениями множества мелких канавок субмикронного уровня в полимерной подложке, с которой непосредственно контактируют молекулы ТЖК. При этом структурирование поверхности самой подложки осуществляется путем копирования способом тиснения или УФ-отверждения в ней рельефной структуры, предварительно сформированной в специальной твердотельной форме методом наношлифовки со следами абразивной обработки, фрезерования режущим инструментом для формирования мелких канавок субмикронного размера или испарения материала формы с помощью ультракоротких импульсов фемтосекундных лазеров.
Естественно, что сформированное таким образом пространственное периодическое распределение однонаправленных канавок субмикронного уровня в полимерных подложках в вышеупомянутых публикациях [7],[12], [14], как и в случае метода натирания, является статистическим прообразом дифракционных решеток. Однако они имеют дефектную структуру штрихов в виде прерывистых продолговатых микроканавок, в том числе с непредсказуемым и случайным пространственным периодом в них. Канавки имеют случайные микроскопические флуктуации их геометрических размеров (длины, ширины, глубины) и расстояний между ними. Все это приводит к появлению светорассеяния на них.
Естественно, улучшение однородности их параметров (направления и непрерывность микроканавок в штрихах на поверхности подложки и воспроизводимость заданных глубин, размеров и расстояний между ними по всей длине штрихов) способствует улучшению параметров, как самих прообразов таких дифракционных решеток, так и ориентирующихся на них анизотропных слоев ЖКМ. Это должно, в частности, проявляться в уменьшении светорассеяния. Кроме того, расширяются совместные поляризаци-онно-дифракционные функциональные возможности таких твердотельных анизотропных структур на основе ЖКМ.
Вышесказанное утверждение подтверждается патентом (RU 2362684, IPC B42D 15/00, опубл. 27.07. 2009[15]), принятым за ближайший аналог заявленного изобретения.
В данном патенте описана многослойная структура в виде пленки, используемая для защиты от подделок различных видов изделий, и способ ее изготовления, при этом указанная многослойная структура содержит в своем составе в качестве основных элементов репликационный слой, на поверхности которого методом тиснения сформирована дифракционная структура, и слой из ЖКМ, который наносится в ЖК-состоянии непосредственно на этот репликационный (пространственно-структурированный) слой. Причем эта структура имеет по меньшей мере две пространственно частотные области с разными направлениями ориентирования в каждой из тисненных структур. При этом молекулы слоя ЖКМ ориентированы в соответствии с ориентированием каждой из дифракционных структур. При облучении такого слоя ЖКМ неполяризованным УФ-излучением он преобразуется в твердотельный анизотропный слой. В результате в зависимости от параметров дифракционных структур, таких как ориентирование и пространственная частота сформированных штрихов и глубина их рельефа, пространственные области наблюдаются как визуально видимое многоцветное, например, голографическое изображение, созданное вследствие оптического дифракционного эффекта. При этом наблюдаются и области с нанесенным на них слоем фотоотвержденного ЖКМ в виде латентного изображения, видимого только в поляризованном свете. При соответствующем художественном оформлении оба изображения могут дополнять друг друга.
При этом исходные дифракционные структуры выполнены в виде дифракционных решеток с непрерывно изменяющимися направлениями штрихов.
В предложенном в патенте [15] способе получение твердотельного анизотропного слоя осуществляется путем первоначального нанесения термотропных ЖКМ в мезоморфном состоянии непосредственно на рельефно-структурированную (дифракционно-решеточную) поверхность со сложной картинно изменяющейся конфигурацией направлений штрихов.
Однако хорошо известно, что термотропные ЖКМ имеют повышенную по сравнению с обычными жидкостями вязкость. Поэтому нанесение таких ЖКМ в мезоморфном (например, нематическом) состоянии на рельефно-структурированные поверхности со сложной картиной микрорельефа неизменно сопровождается искажениями формируемой в соответствии с заданной рельефной структурой дифракционной решетки картины направлений оптической оси в полученном ЖК-слое. Эти искажения выглядят в виде случайных направленных "полосатых" структур и местных флуктуаций ориентирования. Они сохраняются и в анизотропном слое отвержденного ЖК. Они являются проявлением эффекта сдвигового механического усилия (силой механического сдвига) при нанесении на подложку слоя ЖКМ, находящегося в мезофазе (см. "Laboratory procedure for the application of optiva TM liquid crystal polarizer coating on glass and plastic, www. Optiva inc.com, July 1999) [17]). Эти искажения проявляются при любом способе (например, флексографической, струйной и другой печати) нанесения ЖКМ в мезоморфном состоянии на картинную рельефно-структурированную подложку.
Таким образом, указанные недостатки многослойной структуры [15] в виде проявляемых искажений в сформированной картине направлений оптической оси ЖК-слоя вызывают нестабильность визуальных эффектов, формируемых указанной структурой, что значительно снижает уровень защиты защищаемых объектов, на которые может наноситься указанная многослойная структура.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение вышеуказанных недостатков посредством разработки совершенно нового способа формирования поляризацион-но-дифракционного твердотельного оптического элемента, а также защитного устройства, включающего указанный поляризационно-дифракционный твердотельный оптический элемент, в котором обеспечивается заданное стабильное картинное ориентирование оптически анизотропных слоев, что, в свою очередь, повышает качество визуализируемой картины изображений указанного поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента.
Кроме того, считаем необходимым остановиться на ключевых отличиях заявленного изобретения от ближайшего аналога, раскрытого в RU 2362684 [15] . В известном из уровня техники решении ЖКМ наносится на пространственно-структурированную поверхность в ЖК анизотропном состоянии, а это в силу анизотропии вязкости ЖКМ при любом способе нанесения обязательно приводит к непредсказуемому случайному искажению планируемой, особенно сложной, пространственной картины оптической анизотропии в нанесенном мезослое и соответственно в отвержденном слое из него. Авторы изобретения предлагают наносить ЖКМ на пространственно-структурированную поверхность в изотропном состоянии, что обеспечивает однородное заполнение канавок с последующим переводом этого слоя из изотропного в ЖК-состояние с полным воспроизведением пространственной картины этого ЖК-слоя оптической анизотропии в виде рельефно-структурированной поверхности, и его последующее отверждение только сохраняет эту пространственную картину. Кроме того, в заявленном способе формирования поля-ризационно-дифракционного оптического элемента помимо фотоотверждаемого термотропного типа ЖКМ используются также лиотропные ЖК-материалы в отличие от технического решения [15], в котором используется только фотоотверждаемый термотропный тип ЖКМ.
Кроме того, авторы изобретения в предлагаемом способе формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента вводят дополнительный твердотельный изотропный нанослой для увеличения смачиваемости рельефно-структурированной поверхности и улучшения заполнения микроканавок ЖКМ в изотропном, а не в ЖК-состоянии, что, в свою очередь, способствует обеспечению заданного стабильного картинного ориентирования оптически анизотропных слоев и повышает качество визуализируемой картины изображений указанного получаемого поляризационно-дифракционного оптического элемента.
Краткое изложение сущности изобретения
Согласно первому аспекту изобретения авторами изобретения предложен способ формирования по-ляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента, содержащий этапы, при которых обеспечивают подложку,
наносят на подложку изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках или рельефных голограммах,
наносят на указанный слой с рельефно-структурированной поверхностью промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью,
наносят на указанный промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала в изотропном состоянии,
переводят нанесенный на промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала из изотропного состояния в мезоморфное состояние, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен так, чтобы обеспечить в слое ЖК-материала в мезоморфном состоянии предварительно заданную картину пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величины дихрозма поглощения и/или фазовой задержки), соответствующую предварительно заданной картине распределения направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках или рельефных голограммах, сформированную в слое с рельефно-структурированной поверхностью,
выполняют отверждение слоя ЖК-материала с формированием из него твердотельного оптически анизотропного слоя с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии в соответствии с картинно-пространственным распределением направлений, глубин и периодов штрихов на рельефно-структурированной поверхности промежуточного слоя, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен таким образом, чтобы обеспечивать точное воспроизведение заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии в слое 6 ЖК-материала,
наносят защитный лаковый слой поверх оптически анизотропного твердотельного слоя, полученного из отвержденного ЖК-материала.
При этом согласно заявленному способу слой ЖК-материала представляет собой лиотропный или термотропный материал.
Кроме того, процесс перевода нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем понижения температуры ТЖКМ до фазового перехода, или перевод нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ) или лиотропный ЖК-материал(ЛЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем полного или частичного испарения растворителя из слоя ЖК-материала, который предварительно добавляют в указанный слой ЖК-материала.
При этом в указанном способе подложку выполняют из прозрачного полимера типа ПП или ПЭТ толщиной в диапазоне 19-50 мкм, а слой с рельефно-структурированной поверхностью представляет собой полимерный слой толщиной в диапазоне от 1 до 5 мкм, предпочтительно в диапазоне от 1 до 3 мкм.
Кроме того, промежуточный твердотельный аморфный слой имеет толщину размером в диапазоне от мономолекулярного порядка 10 до 100 А и выполняется из материалов на основе оксидов кремния, оксидов металлов или их смесей и комбинаций, выбранных из группы, состоящей из оксидов SiO, SiO2, Al2O3, TiO2, GeO2, ZnO2 и других, в том числе их смесей и комбинаций или ZnS, а также из органических фотоанизотропных материалов, например азокрасителя Протравного Чисто Желтого, а также может дополнительно содержать в своем составе по меньшей мере одно органическое вещество из класса поверхностно-активных веществ.
При этом твердотельный оптически анизотропный слой, сформированный из слоя ЖК-материала, имеет толщину от 0,2 до 2 мкм.
Согласно второму аспекту изобретения предложено защитное устройство, содержащее поляризаци-онно-дифракционный твердотельный элемент, выполненный согласно способу формирования поляриза-ционно-дифракционного твердотельного оптического элемента согласно первому аспекту изобретения.
При этом защитное устройство выполнено с возможностью нанесения или встраивания в ценный документ, подлежащий защите, который представляет собой одно из: банкноты, лицензии, страницы паспорта, пластиковая карта, ваучер, акция, чековая книжка, акцизная марка, идентификационный документ.
Согласно еще одному аспекту изобретения предложено защищенное устройство, выполненное с возможностью нанесения или встраивания на него защитного устройства, содержащего поляризационно-дифракционный твердотельный оптический элемент, выполненный согласно способу формирования по-ляризационно-дифракционного оптического элемента по первому аспекту изобретения.
Описание чертежа
Сущность настоящего изобретения поясняется ниже со ссылкой на сопроводительный чертеж, на котором схематически представлен вид в разрезе общей конфигурации предлагаемого поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента (ПДОЭ).
Предпочтительные варианты реализации заявленного изобретения
Различные варианты осуществления настоящего изобретения описаны далее подробнее со ссылкой на сопроводительный чертеж. Однако настоящее изобретение может быть реализовано во многих других формах и не должно пониматься как ограниченное какой-либо конкретной структурой или функцией, представленной в нижеследующем описании. Напротив, эти варианты осуществления предоставлены для того, чтобы сделать описание настоящего изобретения подробным и полным. Исходя из настоящего описания специалистам в данной области техники будет очевидно, что объем настоящего изобретения охватывает любой вариант осуществления настоящего изобретения, который раскрыт в данном документе,
вне зависимости от того, реализован ли этот вариант осуществления независимо или совместно с любым другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Кроме того, должно быть понятно, что любой вариант осуществления настоящего изобретения может быть реализован с использованием одного или более элементов, перечисленных в приложенной формуле изобретения.
Согласно первому аспекту изобретения авторами изобретения разработан способ формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента 1, который включает следующие этапы:
1) обеспечивают подложку 2, изготовленную из прозрачного полимера типа полипропилен (ПП)
или полиэтилентерефталат (ПЭТ) с толщиной в диапазоне от приблизительно 19 мкм до приблизительно
50 мкм;
2) наносят на подложку изотропный термопластичный лаковый слой 3 с рельефно-структурированной поверхностью 4 в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках и/или рельефных голограммах, при этом изотропный термопластичный лаковый слой 3 выполнен толщиной в диапазоне примерно от 1 мкм до примерно 5 мкм, предпочтительно примерно от 1 мкм до примерно 3 мкм;
3) наносят на указанный изотропный термопластичный лаковый слой 3 с рельефно-структурированной поверхностью 4 промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой 5 (далее промежуточный нанослой 5) , выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы рельефно-структурированной поверхности 4 изотропного полимерного слоя 3. При этом толщина указанного промежуточного нанослоя 5 находится в диапазоне от мономолекулярного порядка 10 до 100 А, при этом указанный нанослой 5 выполняется из материалов на основе оксидов кремния, оксидов металлов или их смесей и комбинаций, выбранных из группы, состоящей из оксидов SiO, SiO2, Al2O3, TiO2, GeO2, ZnO2 и других, в том числе их смесей и комбинаций или ZnS, а также из органических фотоанизотропных материалов, например азокрасителя Протравного Чисто Желтого, кроме того, указанный промежуточный нанослой 5 дополнительно содержит в своем составе по меньшей мере одно органическое вещество из класса поверхностно-активных веществ, например неионный смачиватель; при необходимости перед нанесением указанного промежуточного нанослоя 5 для улучшения его адгезии рельефно-структурированная поверхность 4 изотропного полимерного слоя 3 очищается известными методами, например плазмохимическим способом или коронным разрядом;
4) наносят на указанный промежуточный нанослой слой 5 слой 6 жидкокристаллического (ЖК) материала в изотропном состоянии, при этом слой 6 ЖК-материала представляет собой лиотропный или термотропный материал; в настоящем описании позицией 6 обозначен слой ЖК-материала, который при различных условиях может находиться в трех различных состояниях: изотропное жидкое, жидкокристаллическое и твердотельное анизотропное аморфное состояние, при этом для всех трех состояний используется одна ссылочная позиция 6;
5) переводят нанесенный на указанный промежуточный нанослой 5 слой 6 ЖК-материала из изотропного состояния в мезоморфное состояние, при этом промежуточный нанослой 5 выполнен так, чтобы обеспечить в слое 6 ЖК-материала в мезоморфном состоянии предварительно заданную картину пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величины дих-розма поголощения и/или фазовой задержки), соответствующую предварительно заданной картине распределения направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках или рельефных голограммах, сформированную в слое 3 с рельефно-структурированной поверхностью 4. Следует отметить, что наличие в структуре поляризационно-дифракционного оптического элемента промежуточного твердотельного аморфного слоя (промежуточного нанослоя) 5 увеличивает смачиваемость рельефно-структурированной поверхности 4 и способствует полному заполнению микроуглублений в виде штрихов на поверхности нанослоя 5 слоем 6 ЖК-материала в изотропном, а не в ЖК-состоянии, что, в свою очередь, способствует обеспечению заданного стабильного картинного ориентирования как в анизотропном слое 6 ЖК-материала, нанесенном на рельефно-структурированную поверхность 4, так и в отвержденном слое 6 ЖК-материала, и в результате повышает качество визуализируемой картины изображений, указанного получаемого поляризационно-дифракционного оптического элемента, при этом процесс перевода нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя 6 ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние, осуществляют путем понижения температуры ТЖКМ до фазового перехода, а в случае, когда слой 6 ЖК-материала представляет собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ) или лиотропный ЖК-материал (ЛЖКМ), перевод из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем полного или частичного испарения растворителя из слоя 6 ЖК-материала, который предварительно добавляют в указанный слой ЖК-материала;
6) выполняют отверждение слоя 6 ЖК-материала с формированием из него твердотельного оптически анизотропного слоя 6 с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величины дихрозма поголощения и/или фазовой задержки) в соответствии с картинно-пространственным распределением направлений, глубин и перио
4)
дов штрихов на рельефно-структурированной поверхности промежуточного нанослоя 5, при этом промежуточный нанослой 5 выполнен таким образом, чтобы обеспечивать точное воспроизведение заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии в слое 6 ЖК-материала, при этом твердотельный оптически анизотропный слой 6, сформированный из слоя 6 ЖК-материала, имеет толщину от примерно 0,2 мкм до примерно 2 мкм, поскольку в лиотропном ЖК-материале используются водорастворимые вещества, для защиты поляризационно-дифракционного оптического элемента от влаги в процессе его изготовления предусматривается при необходимости обработка твердотельных анизотропных слоев растворами солей металла, таких как AlCl3, BaCl2, CdCl2, ZnCl2, FeCl2 или SnCl2, с последующей сушкой. Наилучшие результаты получаются при использовании растворов с AlCl3 и ZnCl2;
7) наносят защитный лаковый слой 7 поверх оптически анизотропного твердотельного слоя 6, полученного из отвержденного слоя ЖК-материала.
Исходя из конкретного практического применения заявленного поляризационно-дифракционного оптического элемента он может иметь и другие дополнительные слои (на чертеже не показаны):
восковой разделительный слой (толщиной 0.1-0.5 мкм) и температурой размягчения 60-90°С, расположенный между подложкой 2 и изотропным слоем 3 с рельефно-структурированной поверхностью 4;
слой вакуумно-напыленного (толщиной около 0.05 мкм) металла или прозрачных диэлектриков (не показаны на чертеже) с повышенными (более 2 единиц) показателями преломления, расположенный поверх промежуточного нанослоя 5;
адгезионный слой (не показан), используемый для переноса, например, защитного устройства, включающего поляризационно-дифракционный элемент, полученный вышеуказанным способом или для получения поляризационных элементов с несколькими картинными анизотропными слоями 6 в своем составе;
другие прозрачные бесцветные или окрашенные материалы, расположенные между анизотропными слоями 6 или другие защитные элементы, содержащие, например, прозрачные или частично деметалли-зированные изотропные голограммы, изображения, микротексты и т.д.
В случае конкретного практического применения заявленного поляризационно-дифракционного оптического элемента в качестве защитного элемента слой 6 ЖК-материала может включать в своем составе в качестве примеси монохромные вещества, или вещества, проявляющие дихроизм поглощения в какой-либо части УФ, видимой (например, красной, синей, зеленой) области спектра или смеси веществ, обеспечивающих равномерное (серое) поглощение во всей видимой спектральной области, или в ИК-области спектра, или бесцветные вещества, поглощающие в УФ и проявляющие эффект двулучепрелом-ления в видимой области спектра. Он может быть выполнен из бесцветного материала или включать в своем составе бесцветное вещество, проявляющее эффект анизотропной люминесценции или фосфоресценции в видимой или ИК-области спектра под действием неполяризованного или поляризованного УФ-излучения.
При этом анизотропные слои могут занимать всю или часть площади поляризационно-дифракционного оптического элемента (ПДОЭ).
Далее будут описаны возможные средства и способы реализации вышеуказанных этапов способа формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента.
Процессы формирования рельефных дифракционных решеток и голограмм, как дифракционных оптических элементов (ДОЭ), хорошо известны и описаны (см. например US 5262879 А, опубл. 16.11.1993 г. и US 5822092 A, опубл. 13.10.1998 г., и ЕА заявка 201700025, патентообладатель АО "НПО "КРИПТЕН"). Для формирования тонкопленочных твердотельных слоев из изотропных растворов ЖКМ для предложенных ПДОЭ может быть использовано типовое оборудование для нанесения различных полимерных слоев, например поливочные установки лакокрасочной промышленности и полиграфическое оборудование типа флексографической, сеткотрафаретной, высокой или глубокой печати и т.д.
В частности, с помощью различных способов многовалковой печати по методу "roll-to-roll" [13] может быть организовано массовое производство латентных многоцветных поляризационных защитных элементов.
При этом поверхностно-структурированные свойства ориентирующих слоев и поверхности подложки могут быть сформированы, как и обычных голограмм, методом горячего или холодного тиснения в полимерных слоях или "2Р" процессом фото- или электроноотверждения слоев мономерных или оли-гомерных композиций и могут быть выполнены в виде пространственных картин заданных размеров и форм и имеющих заданные регулярный период и глубину и ориентацию в каждой из картин поляризационного элемента.
Предлагаемые ПДОЭ могут быть использованы, например, в виде поляризационных линз, линейных и круговых поляризаторов и других оптических поляризационных элементов и устройств. Они могут быть использованы в качестве поляризационных фотомасок при производстве картинных поляризационных элементов, а также в качестве микрополяризационных решеток в средствах поляризационно-дифференциальной изобразительной техники поляриметрии (polarization-difference imaging and po-larimetry).
Особый интерес предлагаемое изобретение может представить для создания новых поляризацион
но-оптических средств защиты информации и изделий от подделок и фальсификации, например, в виде одно- или многоцветных, а также латентных цветных изображений, видимых только в поляризованном свете.
Ниже настоящее изобретение описывается более детально в примерах, однако оно не ограничивается только ими. Пример 1.
Для изготовления поляризационно-дифракционного оптического элемента (ПДОЭ) по предлагаемому способу исходный изотропный термопластический лаковый слой 3 с рельефно-структурированной поверхностью 4 в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов в указанных дифракционных решетках или рельефных голограммах был получен методами, описанными в патентах US 5262879 A, опубл. 16.11.1993 г., и US 5822092 A, опубл. 13.10.1998 г., и в заявке ЕА 201700025 (патентообладатель АО "НПО КРИПТЕН"). Указанный оптический элемент, записанный на позитивном фоторезисте после мокрого проявления имел картинную рельефно-структурированную поверхность с пространственным периодом около 1 мкм и глубиной рельефа около 0,3 мкм. Форма и размеры каждой из картинок изменялась в пределах от нескольких мм до десятка мм. Направления штрихов в каждой из них были заданными и изменялись в пределах 15, 30, 45, 60, 75 и до 90° друг относительно друга (условное название такого
ПДОЭ - "калейдоскоп").
Далее по технологии АО "НПО КРИПТЕН" с указанной рельефно-структурированной поверхности снимается гальваническая копия и ее рекомбинируют путем многократного тиснения на поверхности термопластического лакового слоя 3 с последующим получением никелевой рабочей матрицы с множеством дифракционных решеток с картинно-структурированными поверхностями.
Далее будет описан первый примерный вариант реализации способа изготовления ПДОЭ на основе ЛЖК-материала по "roll-to-roll" технологии соответственно методом глубокой печати.
Для массового производства ПДОЭ рабочая матрица размещается на традиционном валу-эмбоссере установки для тиснения голограмм (ДОЭ), и в термопластичном лаковом слое 3 производится тиснение на рельефно-структурированной поверхности 4 изотропного термопластичного лакового слоя 3 картинно-структурированной области с указанной рабочей матрицы. В качестве подложки 2 использовался рулон ПЭТ пленки толщиной 23 мкм и шириной 120 мм с нанесенным на нее изотропным термопластичным лаковым слоем 3. Для увеличения смачиваемости изотропного раствора ЛЖК относительно рельефно-структурированной поверхности 4 слоя 3 на него после тиснения ДОЭ и перед нанесением ЛЖК на поверхность 4 поверхностно-структурированного слоя термическим испарением в вакууме наносится тонкий промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой 5 (промежуточный нанослой) на основе ZnS. Нанослой 5 имеет толщину от 10 до 100 А, повторяя поверхностный профиль поверхностно-структурированной поверхности 4. Он может быть нанесен и перед стадией тиснения. Кроме того, между подложкой 2 и изотропным термопластичным лаковым слоем 3 может быть размещен и разделительный восковой слой (не показан на чертеже) толщиной порядка 0.5-1 мкм.
После этого на поливочной установке Rotary Coater no "roll-to-roll" технологии методом глубокой печати на промежуточный нанослой 5 наносится изотропный раствор ЛЖК анизотропных дихроичных веществ (от фирмы Corning, Франция) с избытком растворителя с жестко контролируемыми изначальной концентрацией сухого остатка, температурой нагрева и скоростью нанесения слоя.
Нанесенный на промежуточный нанослой 5 слой 6 ЛЖК первоначально остается в изотропной фазе и хорошо растекается по поверхности, полностью заполняя углубления рельефных штрихов промежуточного нанослоя 5. Последующее частичное испарение растворителя с помощью нагревателя приводит к переводу нанесенного слоя ЛЖК-материала в высокоориентированную с помощью поверхностно-структурированного слоя 3,4 лиотропную фазу, которая, в свою очередь, после полного испарения растворителя превращается в твердотельный анизотропный аморфный слой 6, наматываемый на вал в виде рулона с поляризационно-дифракционным оптическим элементом из ЛЖК-материала.
Наблюдение полученного в соответствии с предлагаемым изобретением ПДОЭ типа "калейдоскоп" из ЛЖК-материала в естественном (диффузно рассеивающем) свете (без визуализирующего поляризатора) показывает, что не наблюдается ни цветного голографического изображения, ни поляризованного изображения. ПДОЭ наблюдается как равномерно окрашенный в серый цвет предмет на прозрачном фоне. Голографическое изображение наблюдается только в направленном неполяризованном световом потоке без наблюдения его поляризованного изображения. Оно визуализируется в поляризованном свете. При этом данный ПДОЭ представляет собой мозаичный серый поляризатор с оптическими осями, ориентированными под углами 15, 30, 45, 60, 75 или 90° друг относительно друга в каждом из мозаик. При вращении поляризатора наблюдаемая поляризационная картина изменяется.
В данном случае ПДОЭ проявляет себя как амплитудный (дихроичный) ПДОЭ.
Пример 2.
Параметры ПДОЭ и режимы записи были такими же, как и в примере 1. Условное название ПДОЭ -"шахматная доска", т.к каждая из картинок имела вид квадратов с ориентированием штрихов ортого
нально друг другу в каждом из них.
Массовое получение ПДОЭ осуществлялось по той же "roll-to-roll" технологии, но с применением фотоотверждаемого ТЖК материала SP-RMS-14-030 фирмы Merck, (Германия). Отверждение ТЖКМ осуществляется УФ-излучением с длиной волны 365 нм. Последовательность этапов изготовления ПДОЭ практически не изменяется, за исключением наличия блока 30 УФ-излучателя, который необходим для отверждения ПДОЭ полученного из ТЖК-материала.
Исходное изотропное состояние ТЖКМ может достигаться как предварительным введением в его состав растворителя, так и нагревом до температуры выше фазового перехода в изотропную жидкость с последующим переходом в мезофазу при охлаждении и отверждении УФ-излучением.
Как и в примере 1, в естественном диффузном свете изображение такого ПДОЭ не видно (однородно бесцветное, слегка желтоватое). Голографическое изображение наблюдается только в направленном неполяризованном световом потоке без наблюдения его поляризованного изображения, но оно проявляется, например, в виде многоцветного защитного элемента во взаимно скрещенных поляризаторах, причем пространственное распределение многоцветного пропускания на изображении зависит от взаимного ориентирования ПДОЭ и поляризаторов. В данном случае ПДОЭ проявляет себя как фазовый (двулуче-преломляющий) ПДОЭ.
Промышленная применимость.
Заявленное изобретение может использоваться в области защиты информации от подделок и фальсификации, т.е. в защитных устройствах, а также в устройствах записи, хранения, обработки и отображения оптической информации, например, при изготовлении жидкокристаллических (ЖК) и стереоскопических дисплеев и устройств, в волоконной и интегральной оптике, линиях оптической коммуникации, в производстве офтальмологических продуктов типа поляризационных очков, декоративных стекол при строительстве архитектурных сооружений, в рекламном деле, при изготовлении осветительной аппаратуры, витражей и т.д.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ формирования поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента, содержащий этапы, при которых
обеспечивают подложку,
наносят на подложку изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках и/или рельефных голограммах,
наносят на указанный слой с рельефно-структурированной поверхностью промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью,
наносят на указанный промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала в изотропном состоянии,
переводят нанесенный на промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала из изотропного состояния в мезоморфное состояние, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен так, чтобы обеспечить в слое ЖК-материала в мезоморфном состоянии предварительно заданную картину пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величин дихроизма поглощения и/или двулучепреломления), соответствующую предварительно заданной картине распределения направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках или рельефных голограммах, сформированную в слое с рельефно-структурированной поверхностью,
выполняют отверждение слоя ЖК-материала с формированием из него твердотельного оптически анизотропного слоя с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии в соответствии с картинно-пространственным распределением направлений, глубин и периодов штрихов на рельефно-структурированной поверхности промежуточного слоя, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен таким образом, чтобы обеспечивать точное воспроизведение заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии в слое ЖК-материала,
наносят защитный лаковый слой поверх оптически анизотропного твердотельного слоя, полученного из отвержденного слоя ЖК-материала.
2. Способ по п.1, в котором слой ЖК-материала представляет собой лиотропный или термотропный материал.
3. Способ по п.1 или 2, в котором перевод нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ), из изо
2.
тропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем понижения температуры ТЖКМ до фазового перехода.
4. Способ по п.1 или 2, в котором перевод нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ) или лио-тропный ЖК-материал (ЛЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем полного или частичного испарения растворителя из слоя ЖК-материала, который предварительно добавляют в указанный слой ЖК-материала.
5. Способ по п.1, в котором подложка выполнена из прозрачного полимера типа полипропилен (ПП) или полиэтилентерефталат (ПЭТ) и имеет толщину в диапазоне 19-50 мкм.
6. Способ по п.1, в котором слой с рельефно-структурированной поверхностью представляет собой полимерный слой толщиной в диапазоне от 1 до 5 мкм, предпочтительно в диапазоне от 1 до 3 мкм.
7. Способ по п.1, в котором промежуточный твердотельный аморфный слой имеет толщину размером в диапазоне от мономолекулярного порядка 10 до 100 А.
8. Способ по п.1, в котором промежуточный твердотельный аморфный слой выполняется из материалов на основе оксидов кремния, оксидов металлов или их смесей и комбинаций, выбранных из группы, состоящей из оксидов SiO, SiO2, Al2O3, TiO2, GeO2, ZnO2, в том числе их смесей и комбинаций, или ZnS, а также из органических фотоанизотропных материалов, например азокрасителя Протравного Чисто-Желтого.
9. Способ по п.1, в котором промежуточный твердотельный аморфный слой дополнительно содержит в своем составе по меньшей мере одно органическое вещество из класса поверхностно-активных веществ.
10. Способ по п.1, в котором твердотельный оптически анизотропный слой, сформированный из слоя ЖК-материала, имеет толщину от 0,2 до 2 мкм.
11. Способ по п.1, в котором дополнительно наносят восковой разделительный слой толщиной 0,10,5 мкм и с температурой размягчения 60-90°С между подложкой и изотропным термопластическим лаковым слоем.
12. Способ по п.1, в котором дополнительно наносят поверх твердотельного промежуточного слоя слой вакуумно-напыленного металла или прозрачных диэлектриков толщиной около 0,05 мкм с показателем преломления по меньшей мере 2.
13. Оптическое защитное устройство, содержащее
поляризационно-дифракционный твердотельный элемент, выполненный согласно способу формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента по одному из пп.1-12 и содержащий подложку, расположенный на подложке изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках и/или рельефных голограммах,
промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, расположенный на указанном слое с рельефно-структурированной поверхностью и выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью, а также слой ЖК-материала, обеспеченный на указанном промежуточном твердотельном аморфном слое и выполненный с возможностью преобразования слоя ЖК-материала в твердотельный оптически анизотропный слой с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии, а также защитный лаковый слой, расположенный поверх оптически анизотропного твердотельного слоя.
14. Оптическое защитное устройство по п.13, выполненное с возможностью нанесения или встраивания в защищенное устройство, представляющее собой ценный документ, подлежащий защите.
15. Оптическое защитное устройство по п.14, в котором ценный документ представляет собой одно из: банкноты, лицензии, страницы паспорта, пластиковая карта, ваучер, акция, чековая книжка, акцизная марка, идентификационный документ.
16. Ценный документ, содержащий оптическое защитное устройство по одному из пп. 13 и 14, выполненное с возможностью нанесения или встраивания в защищенное устройство, при этом защитное устройство содержит поляризационно-дифракционный твердотельный оптический элемент, выполненный согласно способу формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента по одному из пп.1-12.
17. Документ по п.16, который представляет собой одно из: банкноты, лицензии, страницы паспорта, пластиковая карта, ваучер, акция, чековая книжка, акцизная марка, идентификационный документ.
14.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
032083
- 1 -
(19)
032083
- 1 -
(19)
032083
- 1 -
(19)
032083
- 4 -
(19)
032083
- 11 -
|
