复合的衍射设备的制作方法

专利名称：复合的衍射设备的制作方法
〔发明领域〕本发明涉及适用于各种领域的复合的衍射设备，例如光学，光电子，光信息记录，液晶显示设备及各种如安全设备和设计设备的使用，它们能被制备成具有大的面积和易于处理。
〔发明背景〕利用光衍射现象的衍射设备或作为它的一种类型的全息摄影设备，具有如透镜功能，频谱功能，分支/多路功能和光学强度分布转化的各种功能。基于这些功能，它们被广泛用于分光镜设备，条带阅读器(bar-cord reader)的全息扫描仪和压缩盘的光读取器。另外，利用全息伪造和设计的困难性，它们也被用于防止信用卡或各种票据的伪造。
根据其形状，衍射设备被分为幅度型衍射设备和相位型衍射设备。幅度型衍射设备为光被允许穿过如周期性排列的细长线的，一致厚度的非光透射部分来获得衍射光。相位型衍射设备还被分为在不吸收光的衬底表面形成周期性沟槽的设备，和以一致厚度形成的其中折射率周期性变化的折射率调制型设备。不象幅度型衍射设备，由于不存在不透光的区域，相位型衍射设备的衍射效率能被提高。在其表面上具有沟槽的相位型折射设备的例子是那些通过在玻璃，金属，或塑料的表面上形成沟槽而形成的设备。折射率型衍射设备的例子是使用凝胶重铬酸盐或光学聚合体制备的全息设备。
近晶液晶的螺旋结构也被了解用作如日本应用物理杂志，卷21，224页(1982)中所述的折射率型设备。
在前述防止信用卡或票据伪造用途中，通过浮雕热塑性膜来形成沟槽，全息图象被制备。但是，在为了增强可设计性和反伪造属性的情形，这种全息图像受限制。如果入射到衍射设备上的光能被从它的多个方向或角度衍射，该设备能被期望有更广泛的用途。
本发明的目的是提供复合的衍射设备，它具有使用液晶相螺旋结构折射率调制型衍射功能，兼有使用形成于其表面上的沟槽的衍射功能，导致设计性提高，且易于设置衍射角和处理，适应于尺寸的增长。
〔发明内容〕根据本发明的衍射设备的特征在于来源于不均匀图形的衍射功能被用于包括液晶层的衍射设备，其中维持具有螺旋结构的近晶液晶相的螺旋方向。
根据本发明的衍射设备具有两种衍射功能，其一从近晶液晶相的固定的螺旋方向获得，另一个从形成其表面的非均匀的图形获得。
本发明使用的液晶层的近晶液晶相是指液晶分子形成为一维和两维液体的近晶层结构的液晶相。
近晶液晶相的例子为近晶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，优选的是对于近晶液晶层的普通方向以倾斜方式对准的液晶分子相，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，本发明中，可适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*)的铁电性液晶相，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*)的反铁电性液晶相，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*)的铁电性液晶相。
进一步或者，可适合使用那些手性和展示具有如1996出版的J.Matter，Chem.Vol.6，1231页或J.Matter.Chem.Vol.7，1307页中描述的螺旋结构的近晶相。
但是，对于易于合成液晶材料，易于定向近晶液晶相中的螺旋结构，易于改变螺旋间距，及螺旋结构的稳定性的目的而言，最优的为手性近晶C相或手性近晶CA相。
术语“近晶液晶相中的螺旋结构”这里被用来指液晶分子的经向轴从各近晶层垂直方向倾斜一定角度，且倾斜方向在各层间一点点扭曲的结构。这种螺旋结构的中心轴被称为螺旋轴，而螺旋一圈的螺旋轴方向上的长度被称为“螺旋间距”。
当光被允许透过由螺旋结构近晶液晶相组成的液晶层时，光的衍射方向依赖于液晶相的螺旋轴方向。例如，在螺旋轴平行于液晶层的情形，垂直入射的光被衍射至螺旋轴方向。没有特别限制被加于形成本发明复合衍射设备的液晶层的螺旋轴方向上。因此，螺旋轴方向可以适当地被选择，以便能展示理想的特性。例如，螺旋轴方向可以平行于或相对液晶层表面倾斜。另外，倾斜角可以离散或连续的变化。另外，螺旋轴方向可以由晶畴显微地确定，且可以宏观地指向各种方向或同一方向。螺旋结构不需要完全形成于液晶层上，从而可以形成于表面区域或液晶层内部，或其一部分上。
液晶层的螺旋间距通常为0.1至20μm，优选0.2至15μm，为0.3至10μm更佳。在液晶层中，螺旋间距可以为常数，但依赖于其位置可以改变。变化可连续或离散。螺旋间距能以传统方式适当地被调整，例如调节如温度的定向条件，旋光性部分的光学纯度，及旋光性材料的混合比。螺旋间距相应于栅格间距。当光入射于螺旋结构时，以相应于螺旋间距的角度产生衍射。因此，必须适当地调整螺旋间距来获得理想的衍射角度。
在根据本发明的复合衍射设备中，具有来源于其螺旋结构的衍射性的液晶层以不均匀模式被提供于其表面上。可以为如何形状，只要它能展示由其引起的衍射就行。例如，它可以为以相同间隙形成于平坦表面上的矩形槽，皱折，锯齿或阶梯状。或者，图形可以为兼有两种或多种这些不平类型。图形还可设计为通过混合具有不均匀图形部分和无不均匀部分，或形成在光沿不同方向衍射的区域以便标记，图形或标志通过衍射而显现。
因为不均匀图形的周期或间隔相应于栅格间距，通过适当调节周期或间隔，理想的衍射角度能被获得。
复合衍射设备可以为通过形成具有不均匀图形的层，然后层压到液晶层上，或通过在其上直接形成不均匀图形而获得。在后者情形中，不均匀图形可以被形成于液晶层表面的一边或两边。
本发明中，液晶层衍射方向和/或角度可以与不均匀图形导致的那些方向和/或角度相同或不同。但是，当考虑复合衍射设备的效果或可设计性时，优选由螺旋结构导致的衍射方向和/或角度部分地不同于由不均匀图形导致的方向和/或角度。
形成本发明的复合衍射设备的液晶层中，近晶液晶相的螺旋结构必须被维持。“维持螺旋结构”意味着螺旋结构随时间的改变在液晶层被用于复合衍射设备的情形下不会出现。维持螺旋结构的方法之一为用一对对准衬底夹住液晶层。以这种方法，如果衬底之一被移去，螺旋结构可能不能被维持在稳定状态。
另一种方法为固定液晶相的螺旋结构。就液晶层的易生产，抗热性，实用性而言，这种方法优于上述方法。
固定液晶相螺旋结构的方法大致被分为玻璃固定方法和聚合固定方法。在玻璃固定方法中，通过转化近晶液晶相成玻璃态来固定螺旋结构。这种方法可选用的液晶材料为其后称为“液晶材料A”的那种材料，它能形成具有螺旋结构的近晶液晶相，且能冷却为玻璃态。在凝聚固定方法中，具有螺旋结构的近晶液晶相通过凝聚或交联液晶分子而被固定。这种方法可选的液晶材料为其后称为“液晶材料B”的那些材料，它能形成具有螺旋结构的近晶液晶相，且能用光，电子束，或热来凝聚或交联。
液晶层可选液晶材料的更具体的例子为低分子量的液晶和能形成螺旋结构的近晶液晶相的液晶聚合物。液晶仅需要为那些展现出理想的液晶态和晶向的那些液晶，可以为单一或多种低分子量-和/或液晶聚合物材料与单一或多种低分子量-和/或非液晶聚合物材料的混合物。
可选的低分子量液晶为席弗碱化合物，联苯化合物，三联苯化合物，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，苯基环己胺化合物，嘧啶化合物，环己基环己胺化合物，及其混合物。
液晶聚合物能被分为主链型-和侧链型液晶聚合物。两者都可被选为形成本发明液晶层的液晶材料。
主链型液晶聚合物的例子为聚酯-，聚酰胺-，聚碳酸酯-，聚酰亚胺-，聚亚安酯-，聚苯并咪唑-，聚苯并恶唑-，聚苯并噻唑，聚甲亚胺-，聚酰胺酯-，聚碳酸酯-，聚酯酰亚胺基液晶聚合物。这些中，特别优选的是半芳烃聚酯基液晶聚合物，其中提供液晶性的内消旋原(mesogen)被交替键接至如聚亚甲基，聚氧化乙烯，和聚硅氧烷的柔性链及无柔性链的全芳烃聚酯基液晶。
侧链型液晶聚合物的例子为具有直-或环-主链且每侧有一内消旋原的那些聚合物，例如聚丙烯酸-，聚异丁烯酸盐，聚乙烯-，聚硅氧烷-，聚醚-，聚丙二酸-，聚酯-基液晶。这些中，特别优选的是那些其中提供液晶性的内消旋原通过由柔性链组成的间隔基团被链接至主链上的聚合物，和那些具有其中主链和侧链都具有内消旋原的分子结构的聚合物。
这里所指的液晶材料包括通过混合手性掺杂剂或引入旋光性单元到上述低分子量和/或液晶聚合物中获得的那些材料。例如，这种液晶能通过混合手性掺杂剂或引入旋光性单元至展示出近晶C相，近晶I相或近晶F相的液晶材料中而获得。得到的液晶材料展示出容易在螺旋结构中对准的手性近晶液晶相，如手性近晶C相，手性近晶I相，或手性近晶F相。
如上所述，本发明的复合衍射设备的螺旋间距和衍射角度能被通过适当调节手性掺杂量，旋光性单元的引入比，光学纯度，近晶液晶相形成的温度条件而被调整。螺旋结构为右旋螺旋或左旋螺旋依赖于手性掺杂剂的chilarlity或所用的旋光性基团。因此，具有右旋螺旋或左旋螺旋的螺旋结构能通过选择chilarlity被获得。
在上述液晶材料中，适合于液晶材料A的是液晶聚合物。适合液晶材料B的是具有响应于光，电子束，或热的功能团的那些材料。这种功能团的例子为乙烯基，丙烯酸基，异丁烯酸烯基，乙烯醚，cinnamoyl，芳基，乙炔基，丁烯酰，aziridinyl，环氧基，异氰酸盐，含硫异氰酸盐，氨基，羟基，氢硫基，羧基，酰基，卤化羰基，醛，磺酸，及硅烷醇基团。这些中，优选的为丙烯酸基，异丁烯酸基，乙烯基，乙烯醚，cinnamoyl，环氧基，和aziridinyl基团。
这些功能团仅需要被包含于液晶材料中，因而可以被包含在液晶材料，非液晶材料，或一种或多种后述添加剂中。在功能团被包含于两种或多种类型材料的每一种中的情形中，这些功能团可以是相同的或不同的。另外，在两种或多种功能族被包含于一种材料的情形下，它们可以是相同的或不同的。
如果需要，当生产本发明的复合设备的液晶层时，如表面活性剂的添加剂，聚合激活剂，聚合抑制剂，感光剂，稳定剂，催化剂，染料，色素，紫外线吸收剂，粘合改进剂，基于总质量，可以以质量的50％或更少，优选质量的30％或更少，更好为质量的10％或更少的量混合。
本发明复合设备的液晶层能通过加工液晶材料来制备，如果需要，与添加剂一道加工并维持螺旋结构。
在加工时，没有特别的限制被加于液晶材料的两侧界面上，因此界面可以为气相-，液相-或固相-界面，且无需相同。但是，对于液晶层易加工的目的，推荐采用两者都为固相或一个固相，另一个气相的界面。
气相界面的例子为空气和氮气界面。液相界面例子为水，有机溶剂，液化金属，其它液晶，融化的聚合化合物。固相界面例子为塑料膜衬底，其成分包含聚酰亚胺，聚酰胺酰亚胺，聚酰胺，聚醚酰亚胺，聚醚醚酮，聚醚酮，聚硫化酮，聚磺酸醚，聚磺酸基，聚硫化亚苯，聚氧化亚苯，聚对苯二酸乙烯，聚对苯二酸丁烯，聚萘乙烯，聚乙缩醛，聚碳酸盐，聚烯丙基，丙烯酸树脂，甲基丙酸烯树脂，聚乙醇乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚-4-甲基戊烯-1树脂，及诸如三乙酰基纤维素，环氧树脂，聚苯酚树脂，和液晶聚合物的纤维素基塑料；如铝，铁，和铜的金属衬底；如蓝色玻璃片，碱玻璃，非碱玻璃，硼硅玻璃，含铅玻璃和石英玻璃的玻璃衬底；陶瓷衬底；如硅片的各种半导体衬底。固相界面也可选通过形成包含聚酰亚胺，聚酰胺，或聚乙醇乙烯的有机膜，斜淀积二氧化硅或类似物的薄膜，或透明ITO(氧化铟锡)电极，或通过淀积或溅射金，铝，铜的金属膜于上述衬底的膜而获得那些界面。另外，固相界面的另一选择为无定型硅的薄膜晶体管(TFT)。
如果需要，这些各种衬底可以进行对准处理。在使用这种衬底的情形，得到的液晶层的螺旋轴方向可位于由衬底对准方向决定的方向上。依赖于液晶材料的类型，固相界面和对准方法，螺旋轴方向不总是与衬底的对准方向吻合，会偏移它。即使包含这种液晶层，本发明的复合衍射设备仍能实现复合衍射设备的效果。另外，本发明中，能获得一种复合衍射设备，其中螺旋轴方向通过改变部分对准方向而以一种模式被固定。在使用这种方法的情形，能获得一种复合衍射设备，它能展示出由具有螺旋结构的近晶液晶导致的复合和衍射图样导致的衍射效果的复合衍射效果，例如通过安排这样的区域图形，其中螺旋轴方向周期性地不同达到出现光干涉的程度。
在不对衬底进行对准处理的情形，得到的液晶层可能含有多畴层，其中，各畴中的螺旋轴方向是随机的。但是，甚至这种液晶相也能提供具有如复合衍射设备效果的所得设备。
没有特别的限制强加于各种衬底进行的对准处理。对准处理的例子为摩擦，斜淀积，微沟槽，聚合物膜刻划，LB(朗缪尔-布罗吉特)膜，转移，光辐射(光异构，光聚合，光淀积)，和剥离方法。特别对于简化加工过程的目的，优选摩擦和光辐射方法。
另外，甚至在把没有进行对准处理的各种衬底用作固相界面的情形，通过施加磁或电场或切应力至界面间被加工的液晶材料上；液化或牵引液晶材料；或进行温度梯度处理，可能获得螺旋轴方向调节在某方向上的液晶层。
没有特别的限制被加于上述界面间的加工液晶材料的方法。因此，本领域中如何已知的合适方法都能被采用。例如，在加工两衬底间的液晶材料的情形，液晶材料被注入由这些衬底形成的单元中。可选择地采用用衬底层压液晶材料的方法。
在使用一个衬底和一气相界面的情形，通过直接在衬底上涂覆液晶材料或涂覆前在合适溶剂中溶解它，而加工该液晶材料。本发明中，出于简化加工过程的目的，优选在溶剂中溶解后覆盖液晶。
这种方法的适合溶剂可根据液晶材料和其合成物类型选择。通常，溶剂的例子为如氯仿，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，正二氯苯的卤化烃类，如苯酚和异氯苯酚的苯酚类，如苯，甲苯，二甲苯，甲氧基苯，1，2-二甲氧苯的芳烃，如异丙基醇和叔丁醇的醇类，如甘油，乙烯乙二醇，和三乙撑乙二醇的乙二醇类，如乙烯乙二醇一甲醚，二甘醇乙二醇二甲基醚，乙烷基纤维素溶剂和丁基纤维素溶剂的乙二醇醚类，丙酮，甲基亚乙基酮，醋酸乙烷基，2-吡咯啶，N-甲基-2-吡咯啶，嘧啶，三乙胺，四氢呋喃，diemthylformamide，dimethylacetoamide，二甲基亚砜，乙腈，丁腈，二硫化碳，及其混合物。如果需要，表面活性剂或类似物可被添加至溶剂中来调节表面张力和提高覆盖性。
必需根据液晶材料的类型，其溶解性，和最终液晶层的膜厚，调节溶液中液晶材料的浓度。但是，它通常在质量的3％至50％的范围内，优选质量的5％至30％。
没有特别的限制被加于涂覆溶液的方法上。可使用旋涂，滚动涂覆，印刷，浸蘸，卷帘涂覆，线条涂覆，刮墨刀，刀涂覆，冲模涂覆，凹版涂覆，微凹版涂覆，偏移凹版涂覆，压边涂覆，和喷溅涂覆方法。涂覆后，如果需要，可以干燥溶剂。
通过上述方法，各界面间的展示出螺旋结构近晶液晶相的液晶材料被加工形成均匀层后，通过形成液晶材料来在理想螺旋结构近晶液晶相上形成螺旋定向，本发明的复合衍射设备能被获得。没有特别的限制被加于形成液晶材料来取得近晶液晶相中的旋转定向的方法。根据液晶材料的类型，可以采用适当的方法。例如，在形成材料呈现螺旋结构近晶液晶相的温度下加工液晶材料的情形，螺旋结构近晶液晶相可被同时获得。被加工的液晶材料一旦在比出现螺旋结构近晶液晶相的温度高的温度下被加热，结果呈现出近晶A相，手性向列相或同向性相，在一定时间后，通过在近晶液晶相出现的温度下冷却，它被定向来呈现螺旋结构。
通过任何上述方法，在螺旋结构近晶液晶相出现于液晶层后，根据液晶材料的类型和成分，近晶液晶相的螺旋结构通过选择的适当方法被固定。为了固定螺旋结构，优选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，通过冷却液晶层至液晶材料A处于玻璃态的温度，出现于比液晶材料A的玻璃转变温度高的螺旋结构近晶液晶相被固定。冷却可为自然冷却或强制冷却。
在使用聚合固定的方法的情形，液晶材料B处于液晶态时出现的螺旋结构近晶液晶相通过聚合或交联液晶材料B而被固定。聚合或交联的方法可为热聚合，光聚合，γ射线或类似物的辐射聚合，电子束聚合，缩聚，或加聚。这些中，优选光聚合和电子束聚合，因为它们易于控制。
用前述方法固定的液晶层甚至在除去衬底后也没有晶向紊乱，能被用作其中螺旋方向被固定的复合衍射设备。得到的液晶层的膜厚通常在0.1至100μm范围内，优选0.2至50μm，出于可定向性和产量的目的，0.3至20μm更好。
本发明中，上述液晶层被提供了来源于其上形成的不均匀图形和凹陷的衍射功能。衍射功能可被提供于带衬底或除去衬底后的液晶上。或者，得到的液晶层可被转移到另一衬底上，不均匀图形被形成带衬底的层上。还可选择地，具有相同或不同衍射属性的多个液晶层被层压，来源于不均匀图形的衍射功能被提供其上。
衬底的例子为由聚酰亚胺，聚酰胺酰亚胺，聚酰胺，聚醚酰亚胺，聚醚醚酮，聚醚酮，聚硫化酮，聚磺酸醚，聚磺酸，聚硫化亚苯，聚氧化亚苯，聚乙烯对苯二酸，聚丁烯对苯二酸，聚乙烯萘，聚缩醛，聚碳酸盐，聚烯丙，丙烯酸树脂，甲基丙酸烯树脂，聚乙烯醇，聚乙烯，聚丙烯，聚-4-甲基戊烯-1树脂和如三乙酰纤维素，环氧树脂，聚苯酚树脂的纤维素基塑料形成的塑料衬底；玻璃衬底；陶瓷衬底；纸；金属衬底。另外，可选衬底为如偏振片，延迟板，反射板，散射膜，及如向列膜和胆甾型膜的各种液晶膜的光学元件。
没有特别的限制被加于提供不均匀图形的方法上。可采用具有来源于不均匀图形的衍射功能的另一层被层压于本发明的液晶层上的方法，或衍射图形通过直接在液晶层表面形成不均匀图形而被提供的方法。具有衍射功能层的例子为具有衍射功能的塑料膜或玻璃衬底。
通过在液晶表面用刻蚀技术形成突起和凹陷的方法，或通过其中具有衍射栅形式的模具，其后称为“浮雕板”，用施压机械将其压于液晶层，或其中具有衍射栅形式的膜，其后称为“浮雕膜”，用层压机械或类似物被层压至液晶层上来转移衍射栅至液晶层上的浮雕工艺，形成不均匀图形的方法可被简化。本发明中，优选通过使液晶层表面进行浮雕加工，提供来源于不均匀图形的衍射功能。
没有特别限制被加于浮雕板和膜上。大多数浮雕板为由金属或树脂形成的，具有衍射栅的结构。浮雕膜可以为由在自立膜表面或自支撑膜和带衍射栅层的压层上形成衍射栅而获得的薄膜。在浮雕工艺后，浮雕板或薄膜大都从含液晶层的薄膜和衬底上被剥离。但是，在使用浮雕膜的情况下，能使用与薄膜压层的液晶层。
在浮雕工艺进行的温度下，液晶层必须具有合适范围内的流动性。用于浮雕工艺的温度不能自由确定，因为它依赖于例如玻璃转移温度(Tg)和交联程度的液晶层热特性，液晶层衬底，浮雕板或膜类型，或浮雕转移方法。但是，浮雕工艺在室温至300℃下被进行，优选为室温至200℃。即，需要液晶层的螺旋方向状态的紊乱几乎不在其间浮雕转移温度下发生，在浮雕转移结束后不丧失本发明实现的效果。如果适当选择浮雕转移条件，也要求能有效地影响浮雕工艺，并获得具有本发明效果的浮雕处理的液晶层。
尽管极难定量的描述这种温度范围，不可能用单一物理量来指定，定向后液晶层的玻璃转变温度(Tg)可被用作一指标。在把液晶聚合物或低聚物用作本发明中使用的液晶材料的情形，玻璃转变温度在大多数聚合物或低聚物中都存在。当增加其温度，测量这种聚合物或低聚物的流动性时，一旦温度达到玻璃转变温度附近，已知流动性从玻璃态固定导致的差状态逐步增加。因此，在使用其中存在玻璃转变温度的聚合物或低聚物的情形，浮雕工艺能被施加到在定向后其玻璃转变温度在从室温至200℃的范围内的液晶层。如果玻璃转变温度为室温或更低，浮雕工艺时的流动性变得过高，从而定向紊乱易于出现。如果玻璃转变温度超过200℃，则很难以通常方式充分地影响浮雕工艺来提供本发明实现的效果。
得到的浮雕加工的液晶层可以如其使用，但出于根据温度，湿度，溶剂，和机械强度的可靠性的目的，可以进一步通过光辐射或热交联来进一步固化。在使用可光交联液晶元件，并通过用于液晶材料B的方法来固定它的情形中，可使用一种方法，其中一旦形成定向，定向后通过光辐射使定向固定至一定程度，衍射栅被形成，接着进行另一光辐射来固化液晶层。
本发明的复合衍射设备可在其表面上提供由上述硬覆盖层的透明塑料膜形成的保护层，用于保护表面，增强强度，增加环境可靠性。
该复合衍射设备能被用于各种用途，例如，作CD，DVD或磁光盘的光拾取器，或用于提高液晶显示器的视角或亮度的光学元件；利用衍射导致的虹膜调色的可设计性膜；光信息记录设备；用于信用卡或票据的防伪安全膜；平视显示器的组合设备。
〔工业应用性〕本发明的复合衍射设备包括维持螺旋结构近晶液晶相的螺旋方向的液晶层，还提供形成其上的不均匀图形导致的衍射功能。因此，发明设备在多个方向或角度具有衍射效应。另外，发明设备能被构建于另一光学系统，因为它适用于大尺寸，很轻，制备成本低，易处理。因此，发明设备适用于光学，光电子，光信息记录，液晶显示设备，如安全应用和设计应用的各种用途，在工业上具有高价值。
〔执行本发明的最佳模式〕参考下列例子，但不限于这些，本发明将被进一步描述。
在下面的例子中，根据下列方法进行特性粘度测量，液晶系列的取定，膜厚测量。
(1)特性粘度测量30℃温度下，60/40重量比的苯酚和四氯乙烷的混合溶剂中使用厄布洛德黏度计测量。
(2)液晶相取定使用伯金斯.埃尔默DSC-7进行DSC(差分扫描热量计)分析和使用Olympus Optical Co.，Ltd公司生产的BH2极化显微镜进行光学显微镜观察来取定。
(3)膜厚测量使用ULVAC Inc.生产的表面纹理分析系统Dektak 3030ST测量。也使用JASCO Corporation生产的紫外线，可见光，近红外分光光度测定计V-570从干涉波测量和折射率数据获得膜厚的方法。
例子1使用四-n-丁基正钛酸盐，在220℃温度下熔化聚合200毫摩尔的二甲基联苯-4，4’-二羧基，120毫摩尔(S)-2-甲基-1，4丁二醇(光学异构超量，e.e＝50.0％)，80毫摩尔1，6-己烷二醇制备至2小时，液晶聚酯被制备出。所得聚酯的特性粘度为0.18dL/g。
10wt％的所得聚酯的四氯乙烷溶液被制备，旋涂于带摩擦聚酰亚胺膜的硫化聚亚苯衬底上，接着在60℃温度下的热板上除去溶剂。衬底在烤箱于180℃温度被加热10分钟来定向成近晶A相后，它被以4℃/分钟的速度冷却至120℃温度时，它被定向呈近晶C相。衬底从烤箱中被取出，冷却至室温，从而固定液晶聚合物晶向来呈玻璃态(样品1)。用粘合，所得液晶层被转移至三乙酰纤维素膜，从而得到样品2。
样品2中的液晶层被玻璃态固定，呈手性近晶C相，具有螺旋结构和一致的膜厚(1.1μm)。极化显微镜观察和截面电子显微镜观察证明样品2中的液晶层螺旋结构的螺旋间距约1.0μm。也发现螺旋轴方向与摩擦方向不一致，而从其在逆时针方向偏移约10°。
Edmond Scientific Japan Co，Ltd.生产的商用浮雕膜J52，989被切成20cm×15cm的矩形片，衍射栅的衍射方向为长边的方向，然后被放于样品2上，以便其液晶层与衍射栅表面接触。样品2的螺旋轴方向大致垂直于衍射栅的栅方向。然后使用玻璃纸带，浮雕膜的短边被固定至样品2，并且被插入Torami Co.，Ltd生产的热层压设备DX-350，以便短边为顶端。在75℃的层压辊温进行热层压，样品的移动速度为每秒25mm。在热层压后，样品2和浮雕膜彼此紧密接触成一体。所得薄片被冷却至室温，轻轻的从样品2上去除薄膜。发现保留于四乙酰基纤维素衬底上的液晶层被固定于近晶液晶的螺旋晶向状态，具有从浮雕膜转移的不均匀图形，从而得到样品3。
当光垂直入射于样品3的表面上时，在螺旋方向上产生约40°的衍射角，且浮雕膜的不均匀图形导致的衍射垂直于螺旋轴产生35°的衍射角。因此，证明样品3与本发明复合衍射设备的功能一样。
例子2遵循例子1相同的过程，除了螺旋轴大约平行于浮雕膜的栅方向，从而得到样品4。
当光垂直入射于样品4表面时，在螺旋方向以约40°衍射角发生衍射，且平行于螺旋轴以35°衍射角发生浮雕膜的不均匀图形导致的衍射。因此，证明样品4与本发明的复合衍射设备功能相同。
例子3样品1进行如例子1相同的浮雕加工。因此，在浮雕膜上层压样品1，以便螺旋轴方向偏移于浮雕膜的栅方向约30°角。带形成于硫化聚亚苯衬底上的不均匀图形的所得液晶层用粘合被转移至四乙酰纤维素膜上，从而得到样品5。样品5的液晶表面再次进行相同的浮雕处理。从而，配置浮雕膜使得栅方向在第一浮雕处的反面偏移于样品5的螺旋轴约30°，从而得到样品6。
当光垂直入射于样品6的表面时，在螺旋方向上以40°发生衍射，且相对螺旋轴方向约±30°方向上以35°衍射角发生浮雕膜的不均匀图形导致的衍射。因此，证明样品6与本发明的复合衍射设备的功能相同。
例子4 制备包含质量15％的上面分子式(1)代表的双功能低分子量液晶，上面分子式(2)代表的单功能手性液晶，和分子式(3)代表的外消旋单功能液晶以重量比10∶80∶10混合的混合物，质量0.2％的用作光聚合激活剂的Ciba Speciallity Chemical Co.生产的Irugacure907，质量0.02％的用作感光剂的Nippon Kayaku Co.，Ltd生产的KAYACURE DETX，及质量0.05％的用作表面活性剂的Dai NipponInk and Chemicals Inc.生产的Megaface F-144D的γ-丁内酯溶液。
所得溶液被旋涂于摩擦处理过的聚乙烯对苯二酸(PET)衬底，然后在60℃温度下去除溶剂。然后衬底在100℃温度烤箱中被加热3分钟来定向于近晶A相后，它以每分钟5℃的速度被冷却至60℃温度，它被定向为近晶C相，并在60℃温度维持3分钟。由此，进行氮替代来使氧浓度为体积的3％或更少。其后，用光聚合，具有120W/cm的高压汞灯的紫外线辐射设备以200mJ/cm2的辐射能量固定液晶材料的晶向，同时维持60℃的温度。PET上的所得液晶层被固定，呈现具有螺旋结构和一致膜厚(1.2μm)的手性近晶C相。极化显微镜观察和截面电子显微镜观察证明液晶层螺旋结构的螺旋间距约1.3μm。也发现螺旋轴方向与摩擦方向不一致，在逆时针方向上偏移约13°的角度，从而得到样品7。
相似于例子1，样品7在55℃温度下层压于浮雕膜上。其后，被浮雕膜层压的样品7进一步进行800mJ的光辐射，从而完全固化液晶层。浮雕膜从液晶层被去除，从而得到样品8。
当光垂直入射于样品8的表面时，在螺旋方向以约29°的衍射角发生衍射，垂直于螺旋轴以35°衍射角发生浮雕膜的不均匀图形导致的衍射。因此，证明样品8与本发明的复合衍射设备的功能一样。
例子5使用四-n-丁基正钛酸盐于220℃温度下通过熔化聚合200毫摩尔的二甲基联苯-4，4’-二羧基，80毫摩尔(R)-1，3-丁二醇(光学异构超量，e.e＝95.0％)，和120毫摩尔1，5-戊二醇至2小时制备液晶聚酯。所得聚酯的特性粘度为0.20dL/g。
质量10％的所得聚酯的N-甲基-2-吡咯啶溶液被预备，并被旋涂于摩擦处理的PET膜衬底上，接着，在60℃温度下热板上去除溶剂。衬底在烤箱中120℃温度下被加热10分钟后，从中取出，冷却至室温来固定玻璃态中液晶聚酯的晶向，从而获得样品9。
样品9中的液晶层为玻璃态固定，呈具有螺旋结构和一致膜厚(1.2μm)的手性近晶CA相。极化显微镜观察和截面电子显微镜观察证明样品9中液晶层的螺旋结构的螺旋间距约为0.8μm。
相似于例子1，样品9在75℃温度被层压于浮雕膜上，从而得到样品10。
当光垂直入射于样品10的表面时，在螺旋方向以约52°衍射角发生衍射，且垂直螺旋轴以35°衍射角发生浮雕膜的不均匀图形导致的衍射。因此，证明样品10和本发明的复合衍射设备的功能相同。
权利要求
1.一种复合衍射设备，其中不均匀图形导致的衍射功能被添加于包含液晶层的衍射设备，液晶层中具有螺旋结构的近晶液晶相的螺旋晶向被维持。
2.一种复合衍射设备，其中不均匀图形导致的衍射功能被添加于包含液晶层的衍射设备的一个表面或两个表面，液晶层中具有螺旋结构的近晶液晶相的螺旋晶向被维持。
3.根据权利要求1或2的复合衍射设备，其中包含液晶层的衍射器件的衍射方向和/或角度至少在设备一部分上是不同于不均匀图形导致的衍射的方向和/或角度，液晶层中具有螺旋结构的近晶液晶相的螺旋晶向被维持。
4.根据权利要求1，2或3的复合衍射设备，其中通过在玻璃转变温度或更高的温度下定向能展示螺旋结构近晶液晶相的液晶材料的薄膜，并冷却它至玻璃态来固定薄膜层中形成的近晶液晶相的螺旋结构，而形成所述液晶层。
5.根据权利要求1，2或3的复合衍射设备，其中通过在液晶材料展示出液晶相的温度下定向能展示螺旋结构近晶液晶相的液晶材料薄膜，并维持晶向而聚合液晶材料来固定薄膜层中形成的近晶液晶相的螺旋结构，而形成所述液晶层。
6.根据权利要求1，2或3的复合衍射设备，其中形成于液晶层的螺旋结构近晶液晶相为手性近晶C相。
7.根据权利要求1，2或3的复合衍射设备，其中形成于液晶层的螺旋结构近晶液晶相为手性近晶CA相。
8.一种制备复合衍射设备的方法，其中液晶层中近晶液晶相的螺旋结构由展示出含螺旋结构的近晶液晶相的液晶材料制备出，然后，液晶层表面进行浮雕加工来提供由不均匀图形导致的衍射功能。
全文摘要
一种复合衍射设备,它具有优异的可设计性,易于设定衍射角度,适于尺寸的增大,且通过添加来源于突起和凹陷图形的衍射功能至含有维持具有螺旋结构的近晶液晶相的螺旋晶向的液晶层中而易于处理。
文档编号G02B5/18GK1376271SQ00813388
公开日2002年10月23日 申请日期2000年9月25日 优先权日1999年9月27日
发明者佐藤康司, 熊谷吉弘, 豊岡武裕 申请人:日石三菱株式会社