複合的衍射設備的製作方法

2023-12-08 08:29:36 1

專利名稱：複合的衍射設備的製作方法
〔發明領域〕本發明涉及適用於各種領域的複合的衍射設備，例如光學，光電子，光信息記錄，液晶顯示設備及各種如安全設備和設計設備的使用，它們能被製備成具有大的面積和易於處理。
〔發明背景〕利用光衍射現象的衍射設備或作為它的一種類型的全息攝影設備，具有如透鏡功能，頻譜功能，分支/多路功能和光學強度分布轉化的各種功能。基於這些功能，它們被廣泛用於分光鏡設備，條帶閱讀器(bar-cord reader)的全息掃描儀和壓縮盤的光讀取器。另外，利用全息偽造和設計的困難性，它們也被用於防止信用卡或各種票據的偽造。
根據其形狀，衍射設備被分為幅度型衍射設備和相位型衍射設備。幅度型衍射設備為光被允許穿過如周期性排列的細長線的，一致厚度的非光透射部分來獲得衍射光。相位型衍射設備還被分為在不吸收光的襯底表面形成周期性溝槽的設備，和以一致厚度形成的其中折射率周期性變化的折射率調製型設備。不象幅度型衍射設備，由於不存在不透光的區域，相位型衍射設備的衍射效率能被提高。在其表面上具有溝槽的相位型折射設備的例子是那些通過在玻璃，金屬，或塑料的表面上形成溝槽而形成的設備。折射率型衍射設備的例子是使用凝膠重鉻酸鹽或光學聚合體製備的全息設備。
近晶液晶的螺旋結構也被了解用作如日本應用物理雜誌，卷21，224頁(1982)中所述的折射率型設備。
在前述防止信用卡或票據偽造用途中，通過浮雕熱塑性膜來形成溝槽，全息圖象被製備。但是，在為了增強可設計性和反偽造屬性的情形，這種全息圖像受限制。如果入射到衍射設備上的光能被從它的多個方向或角度衍射，該設備能被期望有更廣泛的用途。
本發明的目的是提供複合的衍射設備，它具有使用液晶相螺旋結構折射率調製型衍射功能，兼有使用形成於其表面上的溝槽的衍射功能，導致設計性提高，且易於設置衍射角和處理，適應於尺寸的增長。
〔發明內容〕根據本發明的衍射設備的特徵在於來源於不均勻圖形的衍射功能被用於包括液晶層的衍射設備，其中維持具有螺旋結構的近晶液晶相的螺旋方向。
根據本發明的衍射設備具有兩種衍射功能，其一從近晶液晶相的固定的螺旋方向獲得，另一個從形成其表面的非均勻的圖形獲得。
本發明使用的液晶層的近晶液晶相是指液晶分子形成為一維和兩維液體的近晶層結構的液晶相。
近晶液晶相的例子為近晶A相，近晶B相，近晶C相，近晶E相，近晶F相，近晶G相，近晶H相，近晶I相，近晶J相，近晶K相，近晶L相。其中，優選的是對於近晶液晶層的普通方向以傾斜方式對準的液晶分子相，如近晶C相，近晶I相，近晶F相，近晶J相，近晶G相，近晶K相，近晶H相。
或者，本發明中，可適合使用展示出旋光性和如手性近晶C相(SmC*)，手性近晶I相(SmI*)，和手性近晶F相(SmF*)的鐵電性液晶相，展示旋光性和如手性近晶CA相(SmCA*)，手性近晶IA相(SmIA*)，手性近晶FA相(SmFA*)的反鐵電性液晶相，及展示旋光性和如手性近晶Cγ相(SmCγ*)，手性近晶Iγ相(SmIγ*)，手性近晶Fγ相(SmFγ*)的鐵電性液晶相。
進一步或者，可適合使用那些手性和展示具有如1996出版的J.Matter，Chem.Vol.6，1231頁或J.Matter.Chem.Vol.7，1307頁中描述的螺旋結構的近晶相。
但是，對於易於合成液晶材料，易於定向近晶液晶相中的螺旋結構，易於改變螺旋間距，及螺旋結構的穩定性的目的而言，最優的為手性近晶C相或手性近晶CA相。
術語「近晶液晶相中的螺旋結構」這裡被用來指液晶分子的經向軸從各近晶層垂直方向傾斜一定角度，且傾斜方向在各層間一點點扭曲的結構。這種螺旋結構的中心軸被稱為螺旋軸，而螺旋一圈的螺旋軸方向上的長度被稱為「螺旋間距」。
當光被允許透過由螺旋結構近晶液晶相組成的液晶層時，光的衍射方向依賴於液晶相的螺旋軸方向。例如，在螺旋軸平行於液晶層的情形，垂直入射的光被衍射至螺旋軸方向。沒有特別限制被加於形成本發明複合衍射設備的液晶層的螺旋軸方向上。因此，螺旋軸方向可以適當地被選擇，以便能展示理想的特性。例如，螺旋軸方向可以平行於或相對液晶層表面傾斜。另外，傾斜角可以離散或連續的變化。另外，螺旋軸方向可以由晶疇顯微地確定，且可以宏觀地指向各種方向或同一方向。螺旋結構不需要完全形成於液晶層上，從而可以形成於表面區域或液晶層內部，或其一部分上。
液晶層的螺旋間距通常為0.1至20μm，優選0.2至15μm，為0.3至10μm更佳。在液晶層中，螺旋間距可以為常數，但依賴於其位置可以改變。變化可連續或離散。螺旋間距能以傳統方式適當地被調整，例如調節如溫度的定向條件，旋光性部分的光學純度，及旋光性材料的混合比。螺旋間距相應於柵格間距。當光入射於螺旋結構時，以相應於螺旋間距的角度產生衍射。因此，必須適當地調整螺旋間距來獲得理想的衍射角度。
在根據本發明的複合衍射設備中，具有來源於其螺旋結構的衍射性的液晶層以不均勻模式被提供於其表面上。可以為如何形狀，只要它能展示由其引起的衍射就行。例如，它可以為以相同間隙形成於平坦表面上的矩形槽，皺摺，鋸齒或階梯狀。或者，圖形可以為兼有兩種或多種這些不平類型。圖形還可設計為通過混合具有不均勻圖形部分和無不均勻部分，或形成在光沿不同方向衍射的區域以便標記，圖形或標誌通過衍射而顯現。
因為不均勻圖形的周期或間隔相應於柵格間距，通過適當調節周期或間隔，理想的衍射角度能被獲得。
複合衍射設備可以為通過形成具有不均勻圖形的層，然後層壓到液晶層上，或通過在其上直接形成不均勻圖形而獲得。在後者情形中，不均勻圖形可以被形成於液晶層表面的一邊或兩邊。
本發明中，液晶層衍射方向和/或角度可以與不均勻圖形導致的那些方向和/或角度相同或不同。但是，當考慮複合衍射設備的效果或可設計性時，優選由螺旋結構導致的衍射方向和/或角度部分地不同於由不均勻圖形導致的方向和/或角度。
形成本發明的複合衍射設備的液晶層中，近晶液晶相的螺旋結構必須被維持。「維持螺旋結構」意味著螺旋結構隨時間的改變在液晶層被用於複合衍射設備的情形下不會出現。維持螺旋結構的方法之一為用一對對準襯底夾住液晶層。以這種方法，如果襯底之一被移去，螺旋結構可能不能被維持在穩定狀態。
另一種方法為固定液晶相的螺旋結構。就液晶層的易生產，抗熱性，實用性而言，這種方法優於上述方法。
固定液晶相螺旋結構的方法大致被分為玻璃固定方法和聚合固定方法。在玻璃固定方法中，通過轉化近晶液晶相成玻璃態來固定螺旋結構。這種方法可選用的液晶材料為其後稱為「液晶材料A」的那種材料，它能形成具有螺旋結構的近晶液晶相，且能冷卻為玻璃態。在凝聚固定方法中，具有螺旋結構的近晶液晶相通過凝聚或交聯液晶分子而被固定。這種方法可選的液晶材料為其後稱為「液晶材料B」的那些材料，它能形成具有螺旋結構的近晶液晶相，且能用光，電子束，或熱來凝聚或交聯。
液晶層可選液晶材料的更具體的例子為低分子量的液晶和能形成螺旋結構的近晶液晶相的液晶聚合物。液晶僅需要為那些展現出理想的液晶態和晶向的那些液晶，可以為單一或多種低分子量-和/或液晶聚合物材料與單一或多種低分子量-和/或非液晶聚合物材料的混合物。
可選的低分子量液晶為席弗鹼化合物，聯苯化合物，三聯苯化合物，酯化合物，硫酯化合物，stillbene化合物，二苯乙炔化合物，氧化偶氮基化合物，苯基環己胺化合物，嘧啶化合物，環己基環己胺化合物，及其混合物。
液晶聚合物能被分為主鏈型-和側鏈型液晶聚合物。兩者都可被選為形成本發明液晶層的液晶材料。
主鏈型液晶聚合物的例子為聚酯-，聚醯胺-，聚碳酸酯-，聚醯亞胺-，聚亞安酯-，聚苯並咪唑-，聚苯並惡唑-，聚苯並噻唑，聚甲亞胺-，聚醯胺酯-，聚碳酸酯-，聚酯醯亞胺基液晶聚合物。這些中，特別優選的是半芳烴聚酯基液晶聚合物，其中提供液晶性的內消旋原(mesogen)被交替鍵接至如聚亞甲基，聚氧化乙烯，和聚矽氧烷的柔性鏈及無柔性鏈的全芳烴聚酯基液晶。
側鏈型液晶聚合物的例子為具有直-或環-主鏈且每側有一內消旋原的那些聚合物，例如聚丙烯酸-，聚異丁烯酸鹽，聚乙烯-，聚矽氧烷-，聚醚-，聚丙二酸-，聚酯-基液晶。這些中，特別優選的是那些其中提供液晶性的內消旋原通過由柔性鏈組成的間隔基團被連結至主鏈上的聚合物，和那些具有其中主鏈和側鏈都具有內消旋原的分子結構的聚合物。
這裡所指的液晶材料包括通過混合手性摻雜劑或引入旋光性單元到上述低分子量和/或液晶聚合物中獲得的那些材料。例如，這種液晶能通過混合手性摻雜劑或引入旋光性單元至展示出近晶C相，近晶I相或近晶F相的液晶材料中而獲得。得到的液晶材料展示出容易在螺旋結構中對準的手性近晶液晶相，如手性近晶C相，手性近晶I相，或手性近晶F相。
如上所述，本發明的複合衍射設備的螺旋間距和衍射角度能被通過適當調節手性摻雜量，旋光性單元的引入比，光學純度，近晶液晶相形成的溫度條件而被調整。螺旋結構為右旋螺旋或左旋螺旋依賴於手性摻雜劑的chilarlity或所用的旋光性基團。因此，具有右旋螺旋或左旋螺旋的螺旋結構能通過選擇chilarlity被獲得。
在上述液晶材料中，適合於液晶材料A的是液晶聚合物。適合液晶材料B的是具有響應於光，電子束，或熱的功能團的那些材料。這種功能團的例子為乙烯基，丙烯酸基，異丁烯酸烯基，乙烯醚，cinnamoyl，芳基，乙炔基，丁烯醯，aziridinyl，環氧基，異氰酸鹽，含硫異氰酸鹽，氨基，羥基，氫硫基，羧基，醯基，滷化羰基，醛，磺酸，及矽烷醇基團。這些中，優選的為丙烯酸基，異丁烯酸基，乙烯基，乙烯醚，cinnamoyl，環氧基，和aziridinyl基團。
這些功能團僅需要被包含於液晶材料中，因而可以被包含在液晶材料，非液晶材料，或一種或多種後述添加劑中。在功能團被包含於兩種或多種類型材料的每一種中的情形中，這些功能團可以是相同的或不同的。另外，在兩種或多種功能族被包含於一種材料的情形下，它們可以是相同的或不同的。
如果需要，當生產本發明的複合設備的液晶層時，如表面活性劑的添加劑，聚合激活劑，聚合抑制劑，感光劑，穩定劑，催化劑，染料，色素，紫外線吸收劑，粘合改進劑，基於總質量，可以以質量的50％或更少，優選質量的30％或更少，更好為質量的10％或更少的量混合。
本發明複合設備的液晶層能通過加工液晶材料來製備，如果需要，與添加劑一道加工並維持螺旋結構。
在加工時，沒有特別的限制被加於液晶材料的兩側界面上，因此界面可以為氣相-，液相-或固相-界面，且無需相同。但是，對於液晶層易加工的目的，推薦採用兩者都為固相或一個固相，另一個氣相的界面。
氣相界面的例子為空氣和氮氣界面。液相界面例子為水，有機溶劑，液化金屬，其它液晶，融化的聚合化合物。固相界面例子為塑料膜襯底，其成分包含聚醯亞胺，聚醯胺醯亞胺，聚醯胺，聚醚醯亞胺，聚醚醚酮，聚醚酮，聚硫化酮，聚磺酸醚，聚磺酸基，聚硫化亞苯，聚氧化亞苯，聚對苯二酸乙烯，聚對苯二酸丁烯，聚萘乙烯，聚乙縮醛，聚碳酸鹽，聚烯丙基，丙烯酸樹脂，甲基丙酸烯樹脂，聚乙醇乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚-4-甲基戊烯-1樹脂，及諸如三乙醯基纖維素，環氧樹脂，聚苯酚樹脂，和液晶聚合物的纖維素基塑料；如鋁，鐵，和銅的金屬襯底；如藍色玻璃片，鹼玻璃，非鹼玻璃，硼矽玻璃，含鉛玻璃和石英玻璃的玻璃襯底；陶瓷襯底；如矽片的各種半導體襯底。固相界面也可選通過形成包含聚醯亞胺，聚醯胺，或聚乙醇乙烯的有機膜，斜澱積二氧化矽或類似物的薄膜，或透明ITO(氧化銦錫)電極，或通過澱積或濺射金，鋁，銅的金屬膜於上述襯底的膜而獲得那些界面。另外，固相界面的另一選擇為無定型矽的薄膜電晶體(TFT)。
如果需要，這些各種襯底可以進行對準處理。在使用這種襯底的情形，得到的液晶層的螺旋軸方向可位於由襯底對準方向決定的方向上。依賴於液晶材料的類型，固相界面和對準方法，螺旋軸方向不總是與襯底的對準方向吻合，會偏移它。即使包含這種液晶層，本發明的複合衍射設備仍能實現複合衍射設備的效果。另外，本發明中，能獲得一種複合衍射設備，其中螺旋軸方向通過改變部分對準方向而以一種模式被固定。在使用這種方法的情形，能獲得一種複合衍射設備，它能展示出由具有螺旋結構的近晶液晶導致的複合和衍射圖樣導致的衍射效果的複合衍射效果，例如通過安排這樣的區域圖形，其中螺旋軸方向周期性地不同達到出現光幹涉的程度。
在不對襯底進行對準處理的情形，得到的液晶層可能含有多疇層，其中，各疇中的螺旋軸方向是隨機的。但是，甚至這種液晶相也能提供具有如複合衍射設備效果的所得設備。
沒有特別的限制強加於各種襯底進行的對準處理。對準處理的例子為摩擦，斜澱積，微溝槽，聚合物膜刻劃，LB(朗繆爾-布羅吉特)膜，轉移，光輻射(光異構，光聚合，光澱積)，和剝離方法。特別對於簡化加工過程的目的，優選摩擦和光輻射方法。
另外，甚至在把沒有進行對準處理的各種襯底用作固相界面的情形，通過施加磁或電場或切應力至界面間被加工的液晶材料上；液化或牽引液晶材料；或進行溫度梯度處理，可能獲得螺旋軸方向調節在某方向上的液晶層。
沒有特別的限制被加於上述界面間的加工液晶材料的方法。因此，本領域中如何已知的合適方法都能被採用。例如，在加工兩襯底間的液晶材料的情形，液晶材料被注入由這些襯底形成的單元中。可選擇地採用用襯底層壓液晶材料的方法。
在使用一個襯底和一氣相界面的情形，通過直接在襯底上塗覆液晶材料或塗覆前在合適溶劑中溶解它，而加工該液晶材料。本發明中，出於簡化加工過程的目的，優選在溶劑中溶解後覆蓋液晶。
這種方法的適合溶劑可根據液晶材料和其合成物類型選擇。通常，溶劑的例子為如氯仿，二氯甲，四氯化碳，二氯乙烷，四氯乙烷，三氯乙烯，四氯乙烯，氯苯，正二氯苯的滷化烴類，如苯酚和異氯苯酚的苯酚類，如苯，甲苯，二甲苯，甲氧基苯，1，2-二甲氧苯的芳烴，如異丙基醇和叔丁醇的醇類，如甘油，乙烯乙二醇，和三乙撐乙二醇的乙二醇類，如乙烯乙二醇一甲醚，二甘醇乙二醇二甲基醚，乙烷基纖維素溶劑和丁基纖維素溶劑的乙二醇醚類，丙酮，甲基亞乙基酮，醋酸乙烷基，2-吡咯啶，N-甲基-2-吡咯啶，嘧啶，三乙胺，四氫呋喃，diemthylformamide，dimethylacetoamide，二甲基亞碸，乙腈，丁腈，二硫化碳，及其混合物。如果需要，表面活性劑或類似物可被添加至溶劑中來調節表面張力和提高覆蓋性。
必需根據液晶材料的類型，其溶解性，和最終液晶層的膜厚，調節溶液中液晶材料的濃度。但是，它通常在質量的3％至50％的範圍內，優選質量的5％至30％。
沒有特別的限制被加於塗覆溶液的方法上。可使用旋塗，滾動塗覆，印刷，浸蘸，捲簾塗覆，線條塗覆，刮墨刀，刀塗覆，衝模塗覆，凹版塗覆，微凹版塗覆，偏移凹版塗覆，壓邊塗覆，和噴濺塗覆方法。塗覆後，如果需要，可以乾燥溶劑。
通過上述方法，各界面間的展示出螺旋結構近晶液晶相的液晶材料被加工形成均勻層後，通過形成液晶材料來在理想螺旋結構近晶液晶相上形成螺旋定向，本發明的複合衍射設備能被獲得。沒有特別的限制被加於形成液晶材料來取得近晶液晶相中的旋轉定向的方法。根據液晶材料的類型，可以採用適當的方法。例如，在形成材料呈現螺旋結構近晶液晶相的溫度下加工液晶材料的情形，螺旋結構近晶液晶相可被同時獲得。被加工的液晶材料一旦在比出現螺旋結構近晶液晶相的溫度高的溫度下被加熱，結果呈現出近晶A相，手性向列相或同向性相，在一定時間後，通過在近晶液晶相出現的溫度下冷卻，它被定向來呈現螺旋結構。
通過任何上述方法，在螺旋結構近晶液晶相出現於液晶層後，根據液晶材料的類型和成分，近晶液晶相的螺旋結構通過選擇的適當方法被固定。為了固定螺旋結構，優選使用上述玻璃固定方法或聚合固定方法。
在使用玻璃固定方法的情形，通過冷卻液晶層至液晶材料A處於玻璃態的溫度，出現於比液晶材料A的玻璃轉變溫度高的螺旋結構近晶液晶相被固定。冷卻可為自然冷卻或強制冷卻。
在使用聚合固定的方法的情形，液晶材料B處於液晶態時出現的螺旋結構近晶液晶相通過聚合或交聯液晶材料B而被固定。聚合或交聯的方法可為熱聚合，光聚合，γ射線或類似物的輻射聚合，電子束聚合，縮聚，或加聚。這些中，優選光聚合和電子束聚合，因為它們易於控制。
用前述方法固定的液晶層甚至在除去襯底後也沒有晶向紊亂，能被用作其中螺旋方向被固定的複合衍射設備。得到的液晶層的膜厚通常在0.1至100μm範圍內，優選0.2至50μm，出於可定向性和產量的目的，0.3至20μm更好。
本發明中，上述液晶層被提供了來源於其上形成的不均勻圖形和凹陷的衍射功能。衍射功能可被提供於帶襯底或除去襯底後的液晶上。或者，得到的液晶層可被轉移到另一襯底上，不均勻圖形被形成帶襯底的層上。還可選擇地，具有相同或不同衍射屬性的多個液晶層被層壓，來源於不均勻圖形的衍射功能被提供其上。
襯底的例子為由聚醯亞胺，聚醯胺醯亞胺，聚醯胺，聚醚醯亞胺，聚醚醚酮，聚醚酮，聚硫化酮，聚磺酸醚，聚磺酸，聚硫化亞苯，聚氧化亞苯，聚乙烯對苯二酸，聚丁烯對苯二酸，聚乙烯萘，聚縮醛，聚碳酸鹽，聚烯丙，丙烯酸樹脂，甲基丙酸烯樹脂，聚乙烯醇，聚乙烯，聚丙烯，聚-4-甲基戊烯-1樹脂和如三乙醯纖維素，環氧樹脂，聚苯酚樹脂的纖維素基塑料形成的塑料襯底；玻璃襯底；陶瓷襯底；紙；金屬襯底。另外，可選襯底為如偏振片，延遲板，反射板，散射膜，及如向列膜和膽甾型膜的各種液晶膜的光學元件。
沒有特別的限制被加於提供不均勻圖形的方法上。可採用具有來源於不均勻圖形的衍射功能的另一層被層壓於本發明的液晶層上的方法，或衍射圖形通過直接在液晶層表面形成不均勻圖形而被提供的方法。具有衍射功能層的例子為具有衍射功能的塑料膜或玻璃襯底。
通過在液晶表面用刻蝕技術形成突起和凹陷的方法，或通過其中具有衍射柵形式的模具，其後稱為「浮雕板」，用施壓機械將其壓於液晶層，或其中具有衍射柵形式的膜，其後稱為「浮雕膜」，用層壓機械或類似物被層壓至液晶層上來轉移衍射柵至液晶層上的浮雕工藝，形成不均勻圖形的方法可被簡化。本發明中，優選通過使液晶層表面進行浮雕加工，提供來源於不均勻圖形的衍射功能。
沒有特別限制被加於浮雕板和膜上。大多數浮雕板為由金屬或樹脂形成的，具有衍射柵的結構。浮雕膜可以為由在自立膜表面或自支撐膜和帶衍射柵層的壓層上形成衍射柵而獲得的薄膜。在浮雕工藝後，浮雕板或薄膜大都從含液晶層的薄膜和襯底上被剝離。但是，在使用浮雕膜的情況下，能使用與薄膜壓層的液晶層。
在浮雕工藝進行的溫度下，液晶層必須具有合適範圍內的流動性。用於浮雕工藝的溫度不能自由確定，因為它依賴於例如玻璃轉移溫度(Tg)和交聯程度的液晶層熱特性，液晶層襯底，浮雕板或膜類型，或浮雕轉移方法。但是，浮雕工藝在室溫至300℃下被進行，優選為室溫至200℃。即，需要液晶層的螺旋方向狀態的紊亂幾乎不在其間浮雕轉移溫度下發生，在浮雕轉移結束後不喪失本發明實現的效果。如果適當選擇浮雕轉移條件，也要求能有效地影響浮雕工藝，並獲得具有本發明效果的浮雕處理的液晶層。
儘管極難定量的描述這種溫度範圍，不可能用單一物理量來指定，定向後液晶層的玻璃轉變溫度(Tg)可被用作一指標。在把液晶聚合物或低聚物用作本發明中使用的液晶材料的情形，玻璃轉變溫度在大多數聚合物或低聚物中都存在。當增加其溫度，測量這種聚合物或低聚物的流動性時，一旦溫度達到玻璃轉變溫度附近，已知流動性從玻璃態固定導致的差狀態逐步增加。因此，在使用其中存在玻璃轉變溫度的聚合物或低聚物的情形，浮雕工藝能被施加到在定向後其玻璃轉變溫度在從室溫至200℃的範圍內的液晶層。如果玻璃轉變溫度為室溫或更低，浮雕工藝時的流動性變得過高，從而定向紊亂易於出現。如果玻璃轉變溫度超過200℃，則很難以通常方式充分地影響浮雕工藝來提供本發明實現的效果。
得到的浮雕加工的液晶層可以如其使用，但出於根據溫度，溼度，溶劑，和機械強度的可靠性的目的，可以進一步通過光輻射或熱交聯來進一步固化。在使用可光交聯液晶元件，並通過用於液晶材料B的方法來固定它的情形中，可使用一種方法，其中一旦形成定向，定向後通過光輻射使定向固定至一定程度，衍射柵被形成，接著進行另一光輻射來固化液晶層。
本發明的複合衍射設備可在其表面上提供由上述硬覆蓋層的透明塑料膜形成的保護層，用於保護表面，增強強度，增加環境可靠性。
該複合衍射設備能被用於各種用途，例如，作CD，DVD或磁光碟的光拾取器，或用於提高液晶顯示器的視角或亮度的光學元件；利用衍射導致的虹膜調色的可設計性膜；光信息記錄設備；用於信用卡或票據的防偽安全膜；平視顯示器的組合設備。
〔工業應用性〕本發明的複合衍射設備包括維持螺旋結構近晶液晶相的螺旋方向的液晶層，還提供形成其上的不均勻圖形導致的衍射功能。因此，發明設備在多個方向或角度具有衍射效應。另外，發明設備能被構建於另一光學系統，因為它適用於大尺寸，很輕，製備成本低，易處理。因此，發明設備適用於光學，光電子，光信息記錄，液晶顯示設備，如安全應用和設計應用的各種用途，在工業上具有高價值。
〔執行本發明的最佳模式〕參考下列例子，但不限於這些，本發明將被進一步描述。
在下面的例子中，根據下列方法進行特性粘度測量，液晶系列的取定，膜厚測量。
(1)特性粘度測量30℃溫度下，60/40重量比的苯酚和四氯乙烷的混合溶劑中使用厄布洛德黏度計測量。
(2)液晶相取定使用伯金斯.埃爾默DSC-7進行DSC(差分掃描熱量計)分析和使用Olympus Optical Co.，Ltd公司生產的BH2極化顯微鏡進行光學顯微鏡觀察來取定。
(3)膜厚測量使用ULVAC Inc.生產的表面紋理分析系統Dektak 3030ST測量。也使用JASCO Corporation生產的紫外線，可見光，近紅外分光光度測定計V-570從幹涉波測量和折射率數據獲得膜厚的方法。
例子1使用四-n-丁基正鈦酸鹽，在220℃溫度下熔化聚合200毫摩爾的二甲基聯苯-4，4』-二羧基，120毫摩爾(S)-2-甲基-1，4丁二醇(光學異構超量，e.e＝50.0％)，80毫摩爾1，6-己烷二醇製備至2小時，液晶聚酯被製備出。所得聚酯的特性粘度為0.18dL/g。
10wt％的所得聚酯的四氯乙烷溶液被製備，旋塗於帶摩擦聚醯亞胺膜的硫化聚亞苯襯底上，接著在60℃溫度下的熱板上除去溶劑。襯底在烤箱於180℃溫度被加熱10分鐘來定向成近晶A相後，它被以4℃/分鐘的速度冷卻至120℃溫度時，它被定向呈近晶C相。襯底從烤箱中被取出，冷卻至室溫，從而固定液晶聚合物晶向來呈玻璃態(樣品1)。用粘合，所得液晶層被轉移至三乙醯纖維素膜，從而得到樣品2。
樣品2中的液晶層被玻璃態固定，呈手性近晶C相，具有螺旋結構和一致的膜厚(1.1μm)。極化顯微鏡觀察和截面電子顯微鏡觀察證明樣品2中的液晶層螺旋結構的螺旋間距約1.0μm。也發現螺旋軸方向與摩擦方向不一致，而從其在逆時針方向偏移約10°。
Edmond Scientific Japan Co，Ltd.生產的商用浮雕膜J52，989被切成20cm×15cm的矩形片，衍射柵的衍射方向為長邊的方向，然後被放於樣品2上，以便其液晶層與衍射柵表面接觸。樣品2的螺旋軸方向大致垂直於衍射柵的柵方向。然後使用玻璃紙帶，浮雕膜的短邊被固定至樣品2，並且被插入Torami Co.，Ltd生產的熱層壓設備DX-350，以便短邊為頂端。在75℃的層壓輥溫進行熱層壓，樣品的移動速度為每秒25mm。在熱層壓後，樣品2和浮雕膜彼此緊密接觸成一體。所得薄片被冷卻至室溫，輕輕的從樣品2上去除薄膜。發現保留於四乙醯基纖維素襯底上的液晶層被固定於近晶液晶的螺旋晶向狀態，具有從浮雕膜轉移的不均勻圖形，從而得到樣品3。
當光垂直入射於樣品3的表面上時，在螺旋方向上產生約40°的衍射角，且浮雕膜的不均勻圖形導致的衍射垂直於螺旋軸產生35°的衍射角。因此，證明樣品3與本發明複合衍射設備的功能一樣。
例子2遵循例子1相同的過程，除了螺旋軸大約平行於浮雕膜的柵方向，從而得到樣品4。
當光垂直入射於樣品4表面時，在螺旋方向以約40°衍射角發生衍射，且平行於螺旋軸以35°衍射角發生浮雕膜的不均勻圖形導致的衍射。因此，證明樣品4與本發明的複合衍射設備功能相同。
例子3樣品1進行如例子1相同的浮雕加工。因此，在浮雕膜上層壓樣品1，以便螺旋軸方向偏移於浮雕膜的柵方向約30°角。帶形成於硫化聚亞苯襯底上的不均勻圖形的所得液晶層用粘合被轉移至四乙醯纖維素膜上，從而得到樣品5。樣品5的液晶表面再次進行相同的浮雕處理。從而，配置浮雕膜使得柵方向在第一浮雕處的反面偏移於樣品5的螺旋軸約30°，從而得到樣品6。
當光垂直入射於樣品6的表面時，在螺旋方向上以40°發生衍射，且相對螺旋軸方向約±30°方向上以35°衍射角發生浮雕膜的不均勻圖形導致的衍射。因此，證明樣品6與本發明的複合衍射設備的功能相同。
例子4 製備包含質量15％的上面分子式(1)代表的雙功能低分子量液晶，上面分子式(2)代表的單功能手性液晶，和分子式(3)代表的外消旋單功能液晶以重量比10∶80∶10混合的混合物，質量0.2％的用作光聚合激活劑的Ciba Speciallity Chemical Co.生產的Irugacure907，質量0.02％的用作感光劑的Nippon Kayaku Co.，Ltd生產的KAYACURE DETX，及質量0.05％的用作表面活性劑的Dai NipponInk and Chemicals Inc.生產的Megaface F-144D的γ-丁內酯溶液。
所得溶液被旋塗於摩擦處理過的聚乙烯對苯二酸(PET)襯底，然後在60℃溫度下去除溶劑。然後襯底在100℃溫度烤箱中被加熱3分鐘來定向於近晶A相後，它以每分鐘5℃的速度被冷卻至60℃溫度，它被定向為近晶C相，並在60℃溫度維持3分鐘。由此，進行氮替代來使氧濃度為體積的3％或更少。其後，用光聚合，具有120W/cm的高壓汞燈的紫外線輻射設備以200mJ/cm2的輻射能量固定液晶材料的晶向，同時維持60℃的溫度。PET上的所得液晶層被固定，呈現具有螺旋結構和一致膜厚(1.2μm)的手性近晶C相。極化顯微鏡觀察和截面電子顯微鏡觀察證明液晶層螺旋結構的螺旋間距約1.3μm。也發現螺旋軸方向與摩擦方向不一致，在逆時針方向上偏移約13°的角度，從而得到樣品7。
相似於例子1，樣品7在55℃溫度下層壓於浮雕膜上。其後，被浮雕膜層壓的樣品7進一步進行800mJ的光輻射，從而完全固化液晶層。浮雕膜從液晶層被去除，從而得到樣品8。
當光垂直入射於樣品8的表面時，在螺旋方向以約29°的衍射角發生衍射，垂直於螺旋軸以35°衍射角發生浮雕膜的不均勻圖形導致的衍射。因此，證明樣品8與本發明的複合衍射設備的功能一樣。
例子5使用四-n-丁基正鈦酸鹽於220℃溫度下通過熔化聚合200毫摩爾的二甲基聯苯-4，4』-二羧基，80毫摩爾(R)-1，3-丁二醇(光學異構超量，e.e＝95.0％)，和120毫摩爾1，5-戊二醇至2小時製備液晶聚酯。所得聚酯的特性粘度為0.20dL/g。
質量10％的所得聚酯的N-甲基-2-吡咯啶溶液被預備，並被旋塗於摩擦處理的PET膜襯底上，接著，在60℃溫度下熱板上去除溶劑。襯底在烤箱中120℃溫度下被加熱10分鐘後，從中取出，冷卻至室溫來固定玻璃態中液晶聚酯的晶向，從而獲得樣品9。
樣品9中的液晶層為玻璃態固定，呈具有螺旋結構和一致膜厚(1.2μm)的手性近晶CA相。極化顯微鏡觀察和截面電子顯微鏡觀察證明樣品9中液晶層的螺旋結構的螺旋間距約為0.8μm。
相似於例子1，樣品9在75℃溫度被層壓於浮雕膜上，從而得到樣品10。
當光垂直入射於樣品10的表面時，在螺旋方向以約52°衍射角發生衍射，且垂直螺旋軸以35°衍射角發生浮雕膜的不均勻圖形導致的衍射。因此，證明樣品10和本發明的複合衍射設備的功能相同。
權利要求
1.一種複合衍射設備，其中不均勻圖形導致的衍射功能被添加於包含液晶層的衍射設備，液晶層中具有螺旋結構的近晶液晶相的螺旋晶向被維持。
2.一種複合衍射設備，其中不均勻圖形導致的衍射功能被添加於包含液晶層的衍射設備的一個表面或兩個表面，液晶層中具有螺旋結構的近晶液晶相的螺旋晶向被維持。
3.根據權利要求1或2的複合衍射設備，其中包含液晶層的衍射器件的衍射方向和/或角度至少在設備一部分上是不同於不均勻圖形導致的衍射的方向和/或角度，液晶層中具有螺旋結構的近晶液晶相的螺旋晶向被維持。
4.根據權利要求1，2或3的複合衍射設備，其中通過在玻璃轉變溫度或更高的溫度下定向能展示螺旋結構近晶液晶相的液晶材料的薄膜，並冷卻它至玻璃態來固定薄膜層中形成的近晶液晶相的螺旋結構，而形成所述液晶層。
5.根據權利要求1，2或3的複合衍射設備，其中通過在液晶材料展示出液晶相的溫度下定向能展示螺旋結構近晶液晶相的液晶材料薄膜，並維持晶向而聚合液晶材料來固定薄膜層中形成的近晶液晶相的螺旋結構，而形成所述液晶層。
6.根據權利要求1，2或3的複合衍射設備，其中形成於液晶層的螺旋結構近晶液晶相為手性近晶C相。
7.根據權利要求1，2或3的複合衍射設備，其中形成於液晶層的螺旋結構近晶液晶相為手性近晶CA相。
8.一種製備複合衍射設備的方法，其中液晶層中近晶液晶相的螺旋結構由展示出含螺旋結構的近晶液晶相的液晶材料製備出，然後，液晶層表面進行浮雕加工來提供由不均勻圖形導致的衍射功能。
全文摘要
一種複合衍射設備,它具有優異的可設計性,易於設定衍射角度,適於尺寸的增大,且通過添加來源於突起和凹陷圖形的衍射功能至含有維持具有螺旋結構的近晶液晶相的螺旋晶向的液晶層中而易於處理。
文檔編號G02B5/18GK1376271SQ00813388
公開日2002年10月23日 申請日期2000年9月25日 優先權日1999年9月27日
發明者佐藤康司, 熊谷吉弘, 豊岡武裕 申請人:日石三菱株式會社