專利名稱：液晶薄膜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可以產生帶有偏振性的衍射光的新的液晶薄膜。衍射光柵是在分光光學等領域被廣泛應用于光的分光和光通量的分割的目的的通用光學元件。衍射光柵依其形狀被分類為幾個類型，通常被分類為周期性地配設透光部分和不不透光部分的振幅型衍射光柵、在穿透性高的材料上形成了周期性的槽的位相型衍射光柵。還有，也有根據衍射光的產生方向被分類為穿透型衍射光柵和反射型衍射光柵(未田哲夫，光學部件的使用方法及注意點，光電子學公司，ISBN-900474-03-7)。
在如上所述的以往的衍射光柵中，在入射了自然光(非偏振光)后只能得到作為衍射光的非偏振光。在被頻繁用于分光光學等領域的偏振光橢圓率測量儀那樣的偏振光光學儀器中，只能得到非偏振光作為衍射光，因此，為了通過衍射光柵對發(fā)自光源的自然光分光并只利用包含于其中的特定的偏振光成分，一般進行通過偏振鏡使用衍射光的方法。在此方法中，所得到的衍射光之中的約50％以上，因此有光量減半的問題。因此，必須準備靈敏度高的檢測器或光量大的光源，要求開發(fā)使衍射光自身成為象圓偏振光或線偏振光那樣特定的偏振光的衍射光柵。
本發(fā)明的目的就是為了解決上述課題、特別是為了提供適合于起偏振光衍射光柵的液晶薄膜以及用這些液晶薄膜作成的光學元件。
本發(fā)明是為了解決上述課題的，通過精確控制液晶分子的取向狀態(tài)可以在膽甾醇型液晶層中或螺旋性層列C型液晶層中形成衍射效率高的區(qū)域。具體來說，通過對在膽甾醇型相或螺旋性層列C型相中的螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向進行取向控制和固定化而發(fā)明恰好起衍射光柵作用的液晶薄膜。
第1，本發(fā)明是一種液晶薄膜，其特征在于在薄膜的一部分的區(qū)域上形成螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向。
第2，本發(fā)明是一種上述的液晶薄膜，其特征在于在薄膜表面區(qū)域及/或薄膜內部區(qū)域中的取向狀態(tài)形成螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向。
第3，本發(fā)明是一種上述液晶薄膜的制造方法，其特征在于通過把衍射花樣轉移到液晶層上得到上述液晶薄膜。
第4，本發(fā)明是根據上述第3項所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于液晶層為高分子液晶薄膜層。
第5，本發(fā)明是根據上述第4項所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于在液晶的玻璃化轉變溫度以上和各向同性相轉變溫度以下的溫度范圍及0.3～500Kgf/cm2的壓力范圍內把衍射花樣轉移到液晶性高分子層上。
第6，本發(fā)明是一種光學元件，其特征在于通過無折射率差異的粘合劑把上述第1項所述的液晶薄膜與光學構件進行了疊層。
第7，本發(fā)明是一種光學元件，其特征在于在上述第1項所述的液晶薄膜中在轉移衍射花樣并在液晶表面層上形成基于上述花樣的凹凸后通過無折射率差異的粘合劑填平上述凹凸面。
以下對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明的液晶薄膜形成特殊的液晶層構造，具體來說，至少在薄膜的一部分的區(qū)域上形成螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的取向狀態(tài)。作為這樣的液晶薄膜的一例，在把通常的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向中的螺旋軸構造看作擬層構造時，液晶薄膜以該層構造的一部分有序地彎曲的狀態(tài)取向，但本發(fā)明并不限于此，而且用于形成這樣的構造的手段也沒什么特別限制。
形成特殊的液晶層構造的區(qū)域既可以是薄膜的任意區(qū)域，也可以是在比如薄膜的表面的一部分(薄膜表面區(qū))、薄膜內部的一部分(薄膜內部區(qū)域)上所具有的區(qū)域。還有，該區(qū)域也可以是液晶薄膜的多個區(qū)域、例如各自在薄膜表面區(qū)及多個薄膜內部區(qū)域上所具有的區(qū)域。還有，該區(qū)域未必需要形成為在薄膜表面或內部具有均勻厚度的層狀態(tài)，只要至少在薄膜表面或薄膜內部的一部分上形成有上述區(qū)域即可。例如，上述區(qū)域也可以是具有所要求的形狀的區(qū)域。還有，在形成了螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向的區(qū)域在本發(fā)明的液晶薄膜上具有層狀態(tài)的情況下，通常希望以具有厚度為液晶薄膜的膜厚的50％以下的層狀態(tài)被形成，理想的情況為30％以下、更理想的情況為10％以下。如果該區(qū)域的厚度超過50％，則可能因膽甾醇型液晶相或螺旋性層列C型液晶相導致選擇發(fā)射特性及圓偏振光特性等效果變差并因此無法獲得本發(fā)明的效果。
在具有多個形成了螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向的區(qū)域的情況下，不必所有的區(qū)域形成相同的液晶相構造，也可以在各自的區(qū)域上形成不同的構造。還有，希望本發(fā)明的液晶薄膜在形成了螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向的區(qū)域之外形成與通常的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向相同的取向狀態(tài)、即螺旋軸方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等間隔的取向狀態(tài)。
具有本發(fā)明的特殊的液晶層構造的液晶薄膜可以在形成固化了比如在膜厚方向具有一致平行的螺旋軸且在膜厚方向具有一致地等間隔的螺旋距的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向的高分子液晶薄膜之后通過把所要求的衍射花樣轉移到該薄膜上得到。
在轉移上述衍射花樣之前的高分子液晶薄膜層可以借助于比如在基板上形成的取向膜上涂抹液晶并進行熱處理而得到。
作為液晶有在取向基板上顯示均勻的單晶域的向列相取向性或層列相取向性且可以容易地固化該取向狀態(tài)的液晶性高分子中添加了旋光性化合物的膽甾醇型液晶性高分子、螺旋性層列C型液晶性高分子、顯示均勻的單晶域的膽甾醇型取向性及螺旋性層列C型取向性且可以容易地固化該取向狀態(tài)的膽甾醇型液晶性高分子及螺旋性層列C型液晶性高分子。
作為向列型液晶性高分子及層列C型液晶性高分子可以有例如聚酯、聚酰亞胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯亞胺等直鏈型液晶性高分子及聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯、聚丙二酸酯、聚硅氧烷等側鏈型液晶性高分子。尤其希望是取向性良好且比較容易合成的液晶性聚酯。作為聚合物的構成單元可以例舉出如芳香族或脂肪族二醇單元、芳香族或脂肪族二羧酸單元、芳香族或脂肪族羥基羧酸單元。
還有，作為一個典型的例，可以把旋光性的低分子化合物或低分子組合物作為用于給予向列型液晶性高分子及層列C型液晶性高分子扭曲并形成膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向而摻合的旋光性成分。只要帶有旋光性的基團就可以用于本發(fā)明，但從與液晶性高分子之間的相溶性的觀點來看最好是旋光性的液晶性低分子化合物或液晶性低分子組成物。
還有，作為例子也可以把旋光性的高分子化合物或高分子組合物作為旋光性的成分。只要在分子內帶有旋光性的基團就可以用于本發(fā)明，但從與上述液晶性高分子之間的相溶性的觀點來看最好是旋光性的液晶性高分子化合物或液晶性高分子組合物?？梢耘e出比如聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯、聚丙二酸酯、聚硅氧烷、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酯、聚碳酸酯、聚肽、纖維素或以這些液晶性高分子為主要成分的組成物等作為該液晶性高分子。尤其是芳香族主體的旋光性液晶聚酯可以作為理想例舉出。
還有，可以例舉在高分子直鏈中帶有旋光性的基團的比如聚酯、聚酰亞胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯亞胺等或在高分子的側鏈中帶有旋光性的基的聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯、聚丙二酸酯、聚硅氧烷等作為在分子內帶有旋光性的基的液晶性高分子。尤其希望是取向性良好且比較容易合成的液晶性聚酯。作為聚合物的構成單元可以例舉出如芳香族或脂肪族二醇單元、芳香族或脂肪族二羧酸單元、芳香族或脂肪族羥基羧酸單元。
還有，在本發(fā)明中，是一種在分子內具有交聯(lián)構造的液晶，使該液晶形成膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向后，借助于交聯(lián)也把可以高分子量化的成分包含在高分子液晶中。作為這樣的液晶可以是比如以導入了丙烯?；?、乙烯基和環(huán)氧基等官能團的低分子液晶、例如二苯基衍生物、苯基苯甲酸酯衍生物、二苯乙烯衍生物等為基本構造的液晶。還有，作為該液晶，可以用感膠離子性和向熱性中的任一種，但從操作性及過程等觀點來看，表示向熱性的液晶更理想。
可以用以上那樣的液晶在基板上形成轉移衍射花樣之前的高分子液晶薄膜層?？梢园牙绮ＡА⑺芰媳∧せ?、塑料薄板、偏振光薄膜等作為基板。鈉玻璃、二氧化硅涂層鈉玻璃、硼硅酸鹽玻璃等可以被用玻璃。還有，可以把聚甲基丙烯酸甲酯(有機玻璃)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚苯硫醚、非晶態(tài)聚烯烴、三乙酰纖維素、聚乙烯對苯二酸鹽和聚乙烯萘等用作塑料薄膜基板。
經磨面處理了的聚酰亞胺膜可以很好地被用作取向膜，但除此之外也可以使用在該領域中眾所周知的取向膜。還有，在本發(fā)明中，也可以把不通過涂抹聚酰亞胺等而直接通過磨面處理賦予取向力得到的塑料薄膜/薄板用作基板。還有，取向處理的方法沒有什么特別限制，只要使膽甾醇型液晶分子、螺旋性層列C型液晶分子依照與取向處理界面一致平行地取向即可。
然后，在基板上或在形成于基板上的取向膜上形成適當螺距的膽甾醇型液晶層或螺旋性層列C型液晶層。
可以用熔融涂抹或溶液涂抹作為在基板上或取向膜上展開液晶層的方法。但從處理方面看最好用溶液涂抹。
溶液涂抹是把液晶按規(guī)定比例溶解到溶劑中并調制規(guī)定濃度的溶液。此時的溶劑根據所用的液晶的種類不同而不同，但通?？梢杂萌燃淄?、二氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、鄰二氯苯等的鹵代烴、這些溶劑與苯酚類的混合溶劑、以及酮類、醚類、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮、環(huán)砜烷和環(huán)己烷等的極性溶劑。還有，溶液的濃度因所用的液晶的種類不同而不同，不能一概而論，通常在5～50的重量百分比范圍內，理想的情況在7～30的重量百分比范圍內。把此溶液涂抹在取向膜上或實施磨面處理等取向處理了的取向膜上。
涂抹的方法可以采用旋涂法、滾涂法、模壓涂層法、淋涂法等。
涂抹后通過干燥除去溶劑，在規(guī)定溫度下進行規(guī)定時間的熱處理并使膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向完成。在玻璃化轉變點以下的溫度冷卻這樣得到的取向，還有，通過光、熱、電子束等照射并交聯(lián)可以無損地固化螺旋軸在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向。
本發(fā)明所提供的高分子液晶薄膜層的選擇反射的波長帶寬、膜厚、扭轉圈數等各種光學參數因最終所得到的液晶薄膜的用途等的不同而不同，不能一概而論，但選擇反射的波長帶寬通常希望在30～150nm、液晶層的實際膜厚通常希望在0.6～6μm的范圍內。這里，所謂選擇反射的波長帶寬是指在入射與形成膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向的液晶分子的扭轉方向同一方向的圓偏振光時基于選擇反射的反射率在70％以上的波長范圍。如果波長帶寬在上述范圍之外，則雖然液晶層自身顏色亮但反射光可能暗或出現相反的情況，可以預見，在應用時可視性會變差。還有，在液晶層的實際膜厚不到0.6μm的情況下，基于膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向的選擇反射效果可能會降低。還有，在比6μm厚的情況下，基于上述取向的選擇反射效果呈現過強，可能導致作為本發(fā)明的液晶薄膜的特征的衍射效果不容易確認。還有，高分子液晶薄膜層上的液晶層的扭轉圈數通常希望在2～20圈的范圍內。在不到2圈的情況下，基于膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向的選擇反射效果可能無法充分地得到。還有，在20圈以上的情況下，基于上述取向的選擇反射效果呈現過強，可能導致作為本發(fā)明的液晶薄膜的特征的衍射效果不容易確認。
在本發(fā)明中，借助于把衍射花樣轉移在上述那樣的高分子液晶薄膜層上可以得到本發(fā)明的液晶薄膜。
作為轉移衍射花樣的方法可以有比如準備帶有衍射花樣的模樣并把該模樣轉移到薄膜上的方法。這里，作為帶有衍射花樣的模樣沒有什么特別的限制，只要在轉移時的加溫加壓條件下該衍射花樣不會損壞即可，例如可以是在玻璃、金屬、高分子薄膜等的基板上涂抹的A1或聚合物層上形成柵格形狀的衍射光柵等。還有，作為帶有該花樣的模樣一般有市售的，例如，日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜、透射型衍射光柵膜、JOBIN YVON公司制的Ruled Grating等。還有，并不特別地限定于這些。
在轉移此衍射花樣時，不是只把衍射花樣的凹凸轉移到薄膜表面上，重要的是使薄膜內部的液晶構造(取向狀態(tài))變形，使得螺旋軸在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔，如果只把的凹凸轉移到表面上，則實現本發(fā)明的效果即在薄膜內形成衍射效率高的區(qū)域變得困難?；诖宿D移所要的內部形變可以通過用機械的手法把薄膜放在加溫加壓條件下進行。
所謂機械的手法是指可以同時施加溫度幾壓力的成形加工裝置，具體來說比如壓制機、碾壓機、壓延輥，層壓機、沖壓機等。
以使帶有衍射花樣的面和高分子液晶薄膜層的液晶面緊貼著的狀態(tài)提供給上述裝置并規(guī)定的在加熱加壓條件下保持了一定的時間后冷卻到液晶的玻璃化轉變溫度以下。還有，通過在照射光、熱、電子束等并交聯(lián)之后從高分子液晶薄膜層剝離并除去帶有衍射花樣的模樣可以得到具有本發(fā)明的特殊的液晶層構造的液晶薄膜。
上述的加熱條件通常被設定在液晶的玻璃化轉變溫度以上且在各向同性相轉變溫度以下的溫度范圍內。具體來說，雖然因所用的裝置、液晶的種類、薄膜的形態(tài)、衍射花樣的模樣的材質等的不同而不同，不能一概而論，但通常在50～300℃范圍內，希望在60～300℃范圍內，更理想的是在70～200℃范圍內，最理想的是在90～180℃范圍內。
還有，上述的加熱條件被設定在不損壞薄膜的液晶面及衍射花樣的模樣的壓力范圍內。具體來說，加壓壓力范圍為0.3～500kgf/cm2，希望為0.5～400kgf/cm2，更理想的為1～300kgf/cm2，最理想的為2～200kgf/cm2。
還有，在上述加熱加壓條件下，高分子液晶薄膜層的液晶面和衍射花樣的緊貼保持時間因所用的裝置、液晶的種類、薄膜的形態(tài)、衍射花樣的模樣的材質等的不同而不同，不能一概而論，但通常在0.01秒以上，希望在0.05秒～30分，更理想的是在0.1秒～15分范圍內。
借助于以上的方法可以得到本發(fā)明的液晶薄膜。還有，作為其他方法，有預先把所要求的衍射花樣轉移到如上所述的取向基板上、或把帶有衍射花樣的模樣自身用作基板并把液晶涂抹在該基板上、在規(guī)定的溫度下進行規(guī)定時間的熱處理、然后進行冷卻或照射光、熱、電子束等并使之交聯(lián)的方法。
上述的制造方法說到底是例子，本發(fā)明的并不受制造方法的限定。在被轉移了這樣得到的液晶薄膜的液晶面及/或衍射花樣的液晶面上也可以形成用于保護該面的保護層。保護層沒有什么特別限制，例如可以利用在固化后在光學上顯示各向同性的粘接劑等涂膜成形物等。在保護層上使用粘接劑的情況下，通過粘接劑粘接液晶薄膜的液晶面或衍射花樣被轉移了的液晶面和可剝離性基板，在粘接劑固化后，通過剝離可剝離性基板可以形成保護層。
所謂可剝離性基板是指具有可剝離性且具備自支撐性的基板，除此之外沒什么特別限制，比如可以用具有剝離性的塑料薄膜基板等。這里所謂的可剝離性是指在通過粘接劑粘接了液晶薄膜和可剝離性基板的狀態(tài)下在粘接劑和可剝離性基板之間的界面上可以剝離的意思。
還有，上述粘接劑可以粘接液晶薄膜和可剝離性基板，而且，只要可以剝離可剝離性基板即可，沒有什么特別限制。粘接劑可以根據固化方法分類為比如光固化型、電子束固化型、熱固化型等，但哪個都可以好用。尤其是以丙烯酸類低聚物為主要成分的光固化型及電子束固化型粘接劑、環(huán)氧樹脂類的光固化型及電子束固化型粘接劑更好用。
液晶薄膜和可剝離性基板之間的粘接方式沒有什么特別限制，但一般在該薄膜和該基板之間配層狀的粘接劑層。這樣的粘接劑層厚度沒有什么特別限制，但通常為1μm～30μm。還有，在不影響本發(fā)明的效果的范圍內也可以混配防氧化劑、紫外線吸收劑、硬膜劑等各種添加劑。
本發(fā)明的液晶薄膜對于紅外、可見、紫外區(qū)的光會根據螺旋距長度呈現相應的選擇反射現象，同時，通過在液晶層內部所形成的衍射花樣產生衍射現象，而且，衍射光具有圓偏振性，具有在以往的高分子液晶薄膜中所沒有的特殊的特征。還有，在該液晶薄膜中，借助于薄膜內部的液晶分子的取向構造發(fā)現衍射特性及偏振特性，因此，即使通過比如無折射率差異的粘接劑與其他光學元件疊層也不影響該薄膜的衍射特性及偏振特性。還有，即便在用上述粘合劑等填平基于衍射花樣的凹凸的情況下，本發(fā)明的液晶薄膜也可以發(fā)現衍射特性及偏振特性。還有，只要在固化后的粘接層上無折射率差異且在光學上是透明的，作為上述粘接劑就沒有什么特別限制，可以使用以往眾所周知的各種各樣的粘接劑、熱熔性膠粘劑、熱、光或電子束固化反應性粘接劑等，尤其是丙烯酸類粘接劑更適用。
這樣得到的本發(fā)明的液晶薄膜其衍射光具有圓偏振性，具有在以往的光學構件中所沒有的特殊的效果。由于此效果，可以通過在比如偏振光橢圓計那樣的需要偏振光的分光光學儀器上使用極大地提高光的利用率。在以往的需要偏振光的分光光學儀器中，用衍射光柵或棱鏡等分光元件把由光源發(fā)出的光按波長分光后使之穿過偏光器、或使之穿過偏光器后需要分光，必須要有偏光器。問題是此偏光器吸收了入射光的大約50％，還因產生界面上的反射使光的利用率極低，但通過使用本發(fā)明的液晶薄膜可以極大地提高光的利用率，理論上可以利用約100％。還有，本發(fā)明的液晶薄膜可以借助于通常的偏振光片容易地控制衍射光的透射及遮光。通常，對沒有偏振性的衍射光，不管與什么樣的偏振光片組合都不能完全遮斷。也就是說，在本發(fā)明的液晶薄膜中，例如具有右旋偏振光的衍射光只在使用左旋偏振光片時可以完全遮斷，使用除此之外的偏振光片也不能實現完全遮斷。因具有這樣的效果，在比如觀察者越過偏振光片觀察衍射像的環(huán)境下，通過改變偏振光片的狀態(tài)可以使衍射像突然從暗視野中冒出來、又突然使之消失。
如上所述，本發(fā)明的液晶薄膜作為新的衍射功能元件其應用范圍極廣，可以用作各種各樣的光學元件或光電子學元件、裝飾用構件防偽用元件等。
具體來說，不僅可以1層本發(fā)明的液晶薄膜用作為光學元件或光電子學元件，還可以通過把本發(fā)明的液晶薄膜層壓在作為基板的透明且各向同性的膜如富士達克(富士寫真膠片公司制)、柯尼卡達克(柯尼卡公司制)等的三乙酰纖維素膜、TPX膜(三井化學公司制)、阿童膜(日本合成橡膠公司制)、卓尼克斯膜(日本卓公司安制)、阿克利普蘭膜(三菱粘膠公司制)等上而設法開展各種各樣的光學用途。例如，可以通過單獨把本發(fā)明的液晶薄膜或把在上述支持基板上層壓了該膜的層壓體裝在TN(twisted nematic)-LCD(Liquid Crystal Dispay)、STN(Super twistednematic)-LCD、 ECB(Electrically Controlled Birefringence)-LCD、OMI(Optical Mode Interference)-LCD、OCB(Optically CompensatedBirefringence)-LCD、HAN(Hybrid Aligned nematic)-LCD、IPS(In PlaneSwitching)-LCD 等的液晶顯示上得到色補償及/或視野角被改良了的各種LCD。還可以把本發(fā)明的液晶薄膜用作需要如上述那樣被分光了的偏振光的分光光學儀器、通過衍射現象得到特定波長的偏光光學元件、濾光片、圓偏振光片、光的漫射片等，還有，通過與1/4波長片組合可以得到線偏振光片等，作為光學元件或光電子學元件，可以提供可能發(fā)現以往沒有的光學效果的各種各樣的光學構件。
作為裝飾用構件，可以得到以兼?zhèn)浠谘苌浔绢I的彩虹色顯色效果和基于膽甾醇型液晶和螺旋性層列C型液晶的色彩鮮艷的顯色效果等的新構思性的膜為代表的各種各樣的別具一格的成型材料。還有，由于可以薄膜化，因此，可以期望通過添加在成品等上或與成品整體化等方法極大地有助于實現與其他類似產品的區(qū)別化。如果把裝入了具有外觀性的衍射花樣的本發(fā)明的液晶薄膜貼在玻璃窗等上，則從外部看，帶有上述衍射花樣的膽甾醇型液晶和螺旋性層列C型液晶的特有的選擇反射因視角不同可以看到不同的顏色，變得很有時髦性。還有，可以作成這樣的窗，從明亮的外部不容易看到內部，但從內部看外部則具有良好的可視性。
作為防偽用元件，可以用作兼?zhèn)溲苌湓鸵壕У母鞣纻涡Ч男碌姆纻伪∧?、封條、標簽等。具體來說，可以把本發(fā)明的液晶薄膜貼在或嵌入例如機動車駕駛執(zhí)照、身份證、護照、信用卡、預付卡、各種紙幣、贈送卡、有價證券等的卡的基襯、臺紙等上或加入紙類中。還有，本發(fā)明的液晶薄膜具有顯示衍射本領的區(qū)域、即在液晶層的一部分上具有衍射花樣，還兼?zhèn)溆心戠薮夹鸵壕Ш吐菪詫恿蠧型液晶的波長選擇反射性、圓偏振光選擇反射性、顏色的視角依存性和呈現液晶的漂亮的彩色的效果。因此，在把本發(fā)明的液晶薄膜用作防偽用元件的情況下，該液晶薄膜的偽造極其困難。還有，除了具有這樣的防偽效果，還具有螺旋軸在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的區(qū)域的特性、即由衍射本領所引起的虹色顯色效果及膽甾醇型液晶和螺旋性層列C型液晶的色彩鮮艷的顯色效果，因此，外觀性很好，綜上所述，本發(fā)明的液晶薄膜作為防偽元件非常有用。
這些用途只是一例，本發(fā)明的液晶薄膜可能具有以往衍射元件單元及各種液晶薄膜單元被使用的各種用途及新的光學效果，因此，可以開展上述用途之外的各種各樣的應用。
實施例以下將說明實施例，但本發(fā)明的液晶薄膜并不限于此。
參考例1用旋涂法在帶有磨面聚酰亞胺層的三醋酯纖維膜上使含有玻璃化轉變溫度為80℃的R型旋光性化合物的液晶聚酯組成物成膜，經5分鐘135℃的熱處理便得到呈綠色鏡面反射的膜。根據偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察可以確認在膽甾醇相中的螺旋軸方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等間隔。還有，可以確認液晶層的實膜厚為4.8μm、液晶分子的扭轉圈數為約為15圈。
用日本分光(株)制的紫外、可見、近紅外分光光度計V-570對得到的薄膜進行了透射光譜測定，確認顯示中心波長λs約為550nm、選擇反射波長帶寬Δλ約90nm的選擇反射的膽甾醇型液晶層被形成。
參考例2用旋涂法在帶有磨面聚酰亞胺層的三乙酰纖維素膜上使含有玻璃化轉變溫度為80℃的S型旋光性化合物的液晶聚酯組成物成膜，經5分鐘140℃的熱處理便得到呈綠色鏡面反射的膜。根據偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察可以確認在膽甾醇相中的螺旋軸方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等間隔。還有，可以確認液晶層的實膜厚為5.5μm、液晶分子的扭轉圈數為約為17圈。
用日本分光(株)制的紫外、可見、近紅外分光光度計V-570對得到的薄膜進行了透射光譜測定，確認顯示中心波長λs約為550nm、選擇反射波長帶寬Δλ約90nm的選擇反射的膽甾醇型液晶層被形成。
參考例3用旋涂法在帶有磨面聚酰亞胺層的三乙酰纖維素膜上使含有玻璃化轉變溫度為77℃的R型旋光性化合物的液晶聚酯組成物成膜，經5分鐘130℃的熱處理便得到呈藍色鏡面反射的膜。根據偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察可以確認在螺旋性層列C相中的螺旋軸方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等間隔。還有，可以確認液晶層的實膜厚為1.2μm、液晶分子的扭轉圈數為約為3.5圈。
用日本分光(株)制的紫外、可見、近紅外分光光度計V-570對得到的薄膜進行了透射光譜測定，確認具有中心波長λs約為550nm、選擇反射波長帶寬Δλ約50nm的選擇反射。還有，在使得到的膜傾斜30°的情況下測定透射光譜，確認具有相當于在中心波長λs約920nm之處全柵距光譜帶的選擇反射，因此，確認螺旋性層列C型液晶相被形成。
參考例4用旋涂法在帶有磨面聚酰亞胺層的三乙酰纖維素膜上使含有玻璃化轉變溫度為77℃的S型旋光性化合物的液晶聚酯組成物成膜，經10分鐘130℃的熱處理便得到呈藍色鏡面反射的膜。根據偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察可以確認在螺旋性層列C相中的螺旋軸方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等間隔。還有，可以確認液晶層的實膜厚為2.5μm、液晶分子的扭轉圈數為約為7圈。
用日本分光(株)制的紫外、可見、近紅外分光光度計V-570對得到的薄膜進行了透射光譜測定，確認具有中心波長λs約為550nm、選擇反射波長帶寬Δλ約50nm的選擇反射。還有，在使得到的膜傾斜30°的情況下測定透射光譜，確認具有相當于在中心波長λs約920nm之處全柵距光譜帶的選擇反射，因此，確認螺旋性層列C型液晶相被形成。
參考例5用旋涂法在帶有磨面聚酰亞胺層的三醋酯纖維膜上使含有玻璃化轉變溫度為120℃的R型旋光性化合物的液晶聚酯組成物成膜，經5分鐘150℃的熱處理便得到呈金色鏡面反射的膜。根據偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察可以確認在膽甾醇相中的螺旋軸方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等間隔。
還有，用日本分光(株)制的紫外、可見、近紅外分光光度計V-570對得到的薄膜進行了透射光譜測定，確認顯示中心波長λs約為600nm、選擇反射波長帶寬Δλ約100nm的選擇反射的膽甾醇型液晶層被形成。還有，可以確認液晶層的實膜厚為4.8μm、液晶分子的扭轉圈數為約為15圈。
參考例6用旋涂法在帶有磨面聚酰亞胺層的聚乙烯萘膜上使帶有R型旋光性基的丙烯酸系膽甾醇液晶化合物成膜，經5分鐘140℃的熱處理便得到呈金色鏡面反射的膜。把此膜在氮氣環(huán)境氣下進行紫外線照射并交聯(lián)、得到玻璃化轉變溫度為150℃的保持了膽甾醇型取向的膜。根據偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察可以確認形成在膽甾醇相中的螺旋軸方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向也一致地等間隔的取向。
還有，用日本分光(株)制的紫外、可見、近紅外分光光度計V-570對得到的薄膜進行了透射光譜測定，確認顯示中心波長λs約為610nm、選擇反射波長帶寬Δλ約100nm的選擇反射的膽甾醇型液晶層被形成。還有，可以確認液晶層的實膜厚為4.8μm、液晶分子的扭轉圈數為約為15圈。
實施例1日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜(900根/mm)的衍射面和參考例1所得到的高分子液晶薄膜的液晶層面相向重疊，并在加熱到約100℃的熱板上用橡皮輥子以約15kg/cm2的壓力加壓。然后，取下刻劃式衍射光柵膜并在上述衍射光柵膜所接觸的液晶層面上用丙烯酸保護膜劑(折射率1.53)形成保護膜層(膜厚約5μm)并填平液晶層表面上所形成的凹凸面。
對這樣得到的液晶薄膜進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認薄膜表面區(qū)域上的取向狀態(tài)形成膽甾醇相中的螺旋軸方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向。
接著，在把He-Ne激光(波長為632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上時，在0°及±35°的出射角觀察到激光。由此確認了在液晶薄膜內部形成有起衍射光柵作用的區(qū)域(膜的表面區(qū)部分)。
然后，為了確認偏振光特性，把所得到的液晶薄膜放在通常的室內照明下，在通過右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)進行觀察時，觀察到彩虹色的反射衍射光，其亮度與不用偏振光片進行觀察的情形基本相同。與此相對，在通過左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)進行觀察時變成暗視野，觀察不到彩虹色的反射衍射光。由此確認了液晶薄膜的衍射光為右旋偏振光。
由上所述判明了借助于該液晶薄膜可以得到右旋偏振光的衍射光。
實施例2日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜(900根/mm)的衍射面和參考例2所得到的高分子液晶薄膜的液晶層面相向重疊，并在加熱到約100℃的熱板上用橡皮輥子以約15kg/cm2的壓力加壓。然后，取下刻劃式衍射光柵膜并在上述衍射光柵膜所接觸的液晶層面上用丙烯酸保護膜劑(折射率1.53)形成保護膜層(膜厚約5μm)并填平液晶層表面上所形成的凹凸面。
對這樣得到的液晶薄膜進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認薄膜表面區(qū)域上的取向狀態(tài)形成膽甾醇相中的螺旋軸方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向。
接著，在把He-Ne激光(波長為632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上時，在0°及±35°的出射角觀察到激光。由此確認了在液晶薄膜內部形成有起衍射光柵作用的區(qū)域(膜的表面區(qū)部分)。
然后，為了確認偏振光特性，把所得到的液晶薄膜放在通常的室內照明下，在通過左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)進行觀察時，觀察到彩虹色的反射衍射光，其亮度與不用偏振光片進行觀察的情形基本相同。與此相對，在通過右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)進行觀察時變成暗視野，觀察不到彩虹色的反射衍射光。由此確認了液晶薄膜的衍射光為左旋偏振光。
由上所述判明了借助于上述液晶薄膜可以得到左旋偏振光的衍射光。
實施例3通過丙烯酸粘接劑把偏振技術公司制造的單軸拉伸膜(聚乙烯醇制波片140nm)作為λ/4波片貼在實施例1所得到的液晶薄膜上得到疊層體。
在把桑利茨公司制的偏振光片HLC2-5518重疊在所得到的疊層體的λ/4波片側進行觀察時，當λ/4波片的延遲軸和偏振光片吸收軸成45°角時得到暗視野。還有，當λ/4波片的延遲軸和偏振光片透射軸成45°角時得到亮視野并觀察到液晶薄膜的綠色選擇反射光。還有，在照射了鹵素激光的情況下觀察到了彩虹色的衍射光。
由此確認了基于實施例1所得到的液晶薄膜和λ/4波片的衍射光為線偏振光并確認了該疊層體起線偏振光衍射光柵的作用。
實施例4日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜(900根/mm)的衍射面和參考例3所得到的高分子液晶薄膜的液晶層面相向重疊，并在加熱到約90℃的熱板上用橡皮輥子以約20kg/cm2的壓力加壓。然后，取下刻劃式衍射光柵膜并在上述衍射光柵膜所接觸的液晶層面上用丙烯酸保護膜劑(折射率1.53)形成保護膜層(膜厚約5μm)并填平液晶層表面上所形成的凹凸面。
對這樣得到的液晶薄膜進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認薄膜表面區(qū)域上的取向狀態(tài)形成膽甾醇相中的螺旋軸方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向。
接著，在把He-Ne激光(波長為632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上時，在0°及±35°的出射角觀察到激光。由此確認了在上述液晶薄膜內部形成有起衍射光柵作用的區(qū)域(膜的表面區(qū)部分)。
然后，為了確認偏振光特性，把所得到的液晶薄膜放在通常的室內照明下，在通過右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)進行觀察時，觀察到彩虹色的反射衍射光，其亮度與不用偏振光片進行觀察的情形基本相同。與此相對，在通過左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)進行觀察時變成暗視野，觀察不到彩虹色的反射衍射光。由此確認了液晶薄膜的衍射光為右旋偏振光。
由上所述判明了借助于上述液晶薄膜可以得到右旋偏振光的衍射光。
實施例5日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜(900根/mm)的衍射面和參考例4所得到的高分子液晶薄膜的液晶層面相向重疊，并在加熱到約90℃的熱板上用橡皮輥子以約20kg/cm2的壓力加壓。然后，取下刻劃式衍射光柵膜并在上述衍射光柵膜所接觸的液晶層面上用丙烯酸保護膜劑(折射率1.53)形成保護膜層(膜厚約5μm)并填平液晶層表面上所形成的凹凸面。
對這樣得到的液晶薄膜進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認薄膜表面區(qū)域上的取向狀態(tài)形成膽甾醇相中的螺旋軸方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向。
接著，在把He-Ne激光(波長為632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上時，在0°及±35°的出射角觀察到激光。由此確認了在上述液晶薄膜內部形成有起衍射光柵作用的區(qū)域(膜的表面區(qū)部分)。
然后，為了確認偏振光特性，把所得到的液晶薄膜放在通常的室內照明下，在通過左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)進行觀察時，觀察到彩虹色的反射衍射光，其亮度與不用偏振光片進行觀察的情形基本相同。與此相對，在通過右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)進行觀察時變成暗視野，觀察不到彩虹色的反射衍射光。由此確認了液晶薄膜的衍射光為左旋偏振光。
由上所述判明了借助于上述液晶薄膜可以得到右旋偏振光的衍射光。
實施例6日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜(900根/mm)的衍射面和參考例1所得到的高分子液晶薄膜的液晶層面相向重疊并放在伸榮產業(yè)公司制造的26噸壓力板上以100℃、100kg/cm2的條件進行加熱加壓并保持了5分鐘。然后從壓力機取出并冷卻到室溫。冷卻后取下刻劃式衍射光柵膜并在上述衍射光柵膜所接觸的高分子液晶薄膜層的液晶層面上用丙烯酸保護膜劑(折射率1.53)形成保護膜層(膜厚約5μm)并填平液晶層表面上所形成的凹凸面。
對這樣得到的液晶薄膜進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認薄膜表面區(qū)域上的取向狀態(tài)形成膽甾醇相中的螺旋軸方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向。
接著，在把He-Ne激光(波長為632.8nm)垂直于膜面入射到所得到的液晶薄膜上時，在0°及±35°的出射角觀察到激光。由此確認了在該液晶薄膜內部形成有起衍射光柵作用的區(qū)域。
然后，為了確認偏振光特性，把該液晶薄膜放在通常的室內照明下，在通過右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)進行觀察時，觀察到彩虹色的反射衍射光，其亮度與不用偏振光片進行觀察的情形基本相同。與此相對，在通過左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)進行觀察時變成暗視野，觀察不到彩虹色的反射衍射光。由此確認了液晶薄膜的衍射光為右旋偏振光。
比較例1日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜(900根/mm)的衍射面和參考例1所得到的高分子液晶薄膜的液晶層面相向重疊并放在伸榮產業(yè)公司制造的26噸壓力板上，以在參考例1所用的液晶的玻璃化轉變點以下的溫度、100kg/cm2的條件進行加熱加壓并保持了5分鐘。然后從壓力機取出并冷卻到室溫，然后取下刻劃式衍射光柵膜。
在取下刻劃式衍射光柵膜后對高分子液晶薄膜進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認膽甾醇相中的螺旋軸方位一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等間隔的膽甾醇型取向不變。
比較例2日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜(900根/mm)的衍射面和參考例1所得到的高分子液晶薄膜的液晶層面相向重疊并放在伸榮產業(yè)公司制造的26噸壓力板上，以在參考例1所用的液晶性高分子的各向同性相轉變溫度以上的溫度、100kg/cm2的條件進行加熱加壓并保持了5分鐘。然后從壓力機取出并冷卻到室溫，然后取下刻劃式衍射光柵膜。所得到的膜從膽甾醇相變?yōu)樘幱诟邷夭康母飨蛲韵唷?br> 實施例7日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜(900根/mm)的衍射面和參考例5所得到的高分子液晶薄膜的液晶層面相向重疊并用東京拉米耐克斯公司制造的層壓機DX-350在135℃、3kg/cm2及軋輥接觸時間0.5秒的條件下進行加熱加壓。然后，在冷卻到室溫后取下刻劃式衍射光柵膜。
對除去了上述衍射光柵膜的液晶薄膜進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認薄膜表面區(qū)域上的取向狀態(tài)形成膽甾醇相中的螺旋軸方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向?？梢源_認在表面區(qū)域之外形成膽甾醇相中的螺旋軸方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等間隔的膽甾醇型取向。
然后在衍射光柵膜所接觸的液晶層面上用丙烯酸保護膜劑(折射率1.53)形成保護膜層(膜厚約5μm)并填平液晶層表面上所形成的凹凸面。
同樣，對這樣得到的液晶薄膜也進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認薄膜表面區(qū)域上的取向狀態(tài)保持著膽甾醇相中的螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向。
在把He-Ne激光(波長為632.8nm)垂直于膜面入射到該液晶薄膜上時，在0°及±35°的出射角觀察到激光。由此確認了在液晶薄膜內部形成有起衍射光柵作用的區(qū)域(膜的表面區(qū))。
然后，為了確認偏振光特性，把該液晶薄膜放在通常的室內照明下，在通過右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)進行觀察時，觀察到彩虹色的反射衍射光，其亮度與不用偏振光片進行觀察的情形基本相同。與此相對，在通過左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)進行觀察時變成暗視野，觀察不到彩虹色的反射衍射光。由此確認了該液晶薄膜的衍射光為右旋偏振光。
實施例8日本埃得蒙得科學會社制的刻劃式衍射光柵膜(900根/mm)的衍射面和參考例6所得到的高分子液晶薄膜的液晶層面相向重疊并用日立機械工程公司制造的軋鋼機在170℃、20kg/cm2及軋輥接觸時間1秒的條件下進行加熱加壓。然后，在冷卻到室溫后取下刻劃式衍射光柵膜。
對除去了上述衍射光柵膜的液晶薄膜進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認薄膜表面區(qū)域上的取向狀態(tài)形成膽甾醇相中的螺旋軸方位并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向。可以確認在表面區(qū)域之外形成膽甾醇相中的螺旋軸方位在膜厚方向一致平行且螺旋距在膜厚方向一致地等間隔的膽甾醇型取向。
然后在衍射光柵膜所接觸的液晶層面上用丙烯酸保護膜劑(折射率1.53)形成保護膜層(膜厚約5μm)并填平液晶層表面上所形成的凹凸面。
同樣，對這樣得到的液晶薄膜也進行偏振光顯微鏡的觀察及膜剖面的TEM觀察時，可以確認薄膜表面區(qū)域上的取向狀態(tài)保持著膽甾醇相中的螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向。
在把He-Ne激光(波長為632.8nm)垂直于膜面入射到此液晶薄膜上時，在0°及±35°的出射角觀察到激光。由此確認了在該液晶薄膜內部形成有起衍射光柵作用的區(qū)域(膜的表面區(qū))。
然后，為了確認偏振光特性，把該液晶薄膜放在通常的室內照明下，在通過右旋偏振光片(只透射右旋偏振光)進行觀察時，觀察到彩虹色的反射衍射光，其亮度與不用偏振光片進行觀察的情形基本相同。與此相對，在通過左旋偏振光片(只透射左旋偏振光)進行觀察時變成暗視野，觀察不到彩虹色的反射衍射光。由此確認了該液晶薄膜的衍射光為右旋偏振光。
權利要求
1．一種液晶薄膜，其特征在于在薄膜的一部分的區(qū)域上形成螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向。
2．根據權利要求1所述的液晶薄膜，其特征在于在薄膜表面區(qū)域及/或薄膜內部區(qū)域中的取向狀態(tài)形成螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向。
3．一種權利要求1所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于通過把衍射花樣轉移到液晶層上得到根據權利要求1所述的液晶薄膜。
4．根據權利要求3所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于液晶層為高分子液晶薄膜層。
5．根據權利要求4所述的液晶薄膜的制造方法，其特征在于在液晶的玻璃化轉變溫度以上和各向同性相轉變溫度以下的溫度范圍及0.3～500kgf/cm2的壓力范圍內把衍射花樣轉移到液晶性高分子層上。
6．一種光學元件，其特征在于通過無折射率差異的粘合劑把權利要求1所述的液晶薄膜與光學構件進行了疊層。
7．一種光學元件，其特征在于在權利要求1所述的液晶薄膜中，在轉移衍射花樣并在液晶表面層上形成基于上述花樣的凹凸后通過無折射率差異的粘合劑填平上述凹凸面。
全文摘要
提供適合于起偏振光衍射光柵的液晶薄膜。該液晶薄膜的特征在于在薄膜的一部分的區(qū)域上形成螺旋軸方位在膜厚方向并非一致平行且螺旋距在膜厚方向并非一致地等間隔的膽甾醇型取向或螺旋性層列C型取向。
文檔編號G02F1/1335GK1298422SQ9980534
公開日2001年6月6日 申請日期1999年4月23日 優(yōu)先權日1998年4月23日
發(fā)明者西村涼 申請人:日石三菱株式會社