JP4786792B2 - 無色透明−着色セキュリティフィルム - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、約0°の観察角において拡散白色透過光で観察するときに無色透明に見え、所定の偏移角を超える観察角ではシアンなどの可視色を呈するセキュリティフィルムに関する。
【0002】
背景技術
偽造は、ますます問題になりつつある。最近の調査では、毎年販売される偽造商品の合計額は、全世界で1,500億ドルから2,000億ドルに達することが分かり、この額は1970年以来20倍増加したことになる。安価で高品質のカラー複写機、プリンタおよびスキャナが導入されるようになって、偽造問題はますます重大になってきた。これらの装置の中には、数年前に市販されなくなったものもあるが、これらの装置を使用すると、多くの商品の包装および認証の特徴を再生することができる。通貨も、これらの装置を使用して行われる偽造の対象になっている。
【0003】
意図的な偽造の対象になることが多い品目の2つの大きいカテゴリとしては、文書(パスワード、権利証書、身分証明書、運転免許証および通貨を含む)並びに消費物資が挙げられる。セキュリティ積層品を使用して文書を偽造から保護する場合、積層品は、文書の内容を見ることができるように透明でなければならない。セキュリティ積層品はさらに、明白に複写したり改竄したりすることが困難でなければならない。
【0004】
ミネソタ州、セントポールのMinnesota Mining and Manufacturing Company(3M)は、CONFIRMTMという商標のセキュリティ積層品を過去20年間にわたって販売してきた。この製品は、積層品に配置されると入射光を再帰反射するガラスビードの単層を含む。CONFIRMTM製品は、競合するセキュリティ積層品に比べて多くの利点を有するが、ビードの裏側に印刷された隠れた画像を照明するために、検証器を使用する必要がある。しかし、消費者が、たとえば金銭または消費物資を認証するために検証器を持ち運ばなければならないのは不都合である。こうした場合や他の場合にも、別個の検証器を必要とせずに、迅速に検証できることが望ましい。
【0005】
アルミニウム蒸着ホログラムは、別個の検証器がなくてもホログラムが真正であることを検証することができるためにかなり使用されるようになったが、偽造ホログラムを比較的容易に作ることができるという点であまり安全ではないことが実証された。商品の認証分野では、アルミニウム基材付きのホログラムが一般的になりつつあるが、こうしたホログラムは、タグまたはラベルを縫ったり、接着したり、成形したりまたは貼付することにより商品に取り付けられる。さらに最近では、透明なホログラムがセキュリティ積層品としてかなり使用されるようになった。透明なホログラムは透明度があり、別個の機器を使わなくても検証することができ、比較的偽造が困難なためである。
【0006】
偽造が困難であることが分かった光学的作用は、角度感知反射色フィルトレーションである。この作用は、材料の層がカラーフィルタとして作用し、ある波長範囲の入射光を反射するとともに別の波長範囲の光を透過し、反射および透過の波長範囲が光の入射角度の変化に応じて変化する場合に生じる。一般に、この種の材料は、各々の層が光の波長の4分の1のオーダーである多くの薄い層から構成される。こうした材料は、「4分の1波長スタック」と呼ばれ、屈折率が異なる等方性材料を順に付着させて形成される。たとえば、Bank of Canadaは、シリカジルコニアの5層スタックを通貨に組み込んでいる。しかし、順次付着させるのは高価な工程であるため、4分の1波長スタックを安価な消費物資に広く使用することはやはり実際的ではない。今までのところ、4分の1波長スタックを消費物資の認証に使用されている例は知られていない。
【0007】
米国特許第5,149,578号(Wheatley等)には、セキュリティ用途に色が偏移するフィルムを使用する方法が記載されている。しかし、Wheatley等は、開示されたフィルムの可視的効果は十分に著しくないため、ユーザによっては、特に色の知覚が異常であるかまたは弱いユーザは確実に知覚することはできないと指摘している。さらに重要なことに、外観がある色から別の色に偏移するフィルムは、印刷、グラフィックスまたはその他の標示をフィルムを通して見なければならない文書などのような貴重品に使用するには適さない。
【0008】
その他の角度感知材料、たとえばカリフォルニア州、サンタローザのFlex Productsが米国印刷局のプロトタイプ通貨のために製造した材料は、きわめて容易に亀裂が生じることが分かり、その後意図的にフレークにされて、セキュリティインクに混ぜ合わされた。この種のインクは、40か国で自国の通貨に混ぜ合わされているが、非常に多くの色が製造されているため、どの色が各々の国の真正通貨を表すように意図されているかという点で、規格がないために多少の混乱がある。色が偏移する同様の顔料も、自動車などの市販製品用の塗料に使用されている。こうした材料の欠点は、材料が透明である観察角では存在しないように見えるという点である。したがって、こうした材料は、認証層として使用する場合、確認される物品上で、認証層を通して見られる印刷物またはその他の物体を含まない領域にしか配置できない。
【0009】
角度感知回折フィルムは、米国特許第4,484,797号(Knop等)に記載されており、この特許では、特定の組合わせの屈折率を有する材料が、屈折率が異なる構造中に埋め込まれて回折カラーフィルタを形成し、こうしたカラーフィルタは、一例では、観察角が0°から20°に変化すると、赤みがかった色から白色に、また赤みがかった色から緑色に変化する。しかし、この特許に開示されている材料の複雑性によって、有用な製品を製造するには高価な製造工程が必要になる。さらに、こうした材料によって生じる光学的作用は、観察角に依存するだけではなく観察平面の向きにも依存するため、訓練されていない観察者が信頼性のある認証を行うことは難しい。
【0010】
米国特許第5,089,318号(Shetty等)には、熱可塑性エラストマー成分を含む真珠光沢のフィルムが記載されており、押し出された後のフィルムは、明るい真珠光沢であると言われ、垂直入射での反射で見ると緑色および赤色だった。しかし、垂直入射で着色されているように見えるフィルムは、下にある画像をわかりにくくする可能性があり、セキュリティの目的には望ましくない。
【0011】
認証層の非常に望ましい特徴は、材料自体が偽造可能ではないというほか、材料の偽造防止の特徴によって、材料自体が、容易に偽造できないような方法で、判読可能であるかまたは他の方法で認識可能な文字またはその他の認証標示を材料に組み込む何らかの手段をも提供することである。従来の角度感知材料は、この種の特徴を提供するとは考えられない。
【0012】
公知の製品の欠点を考慮して、貴重品、特に、製品を通して観察される情報が上に含まれている品目の認証に有用な低価格の製品を提供することが望ましいと思われる。
【0013】
発明の開示
本発明は、少なくとも第1ポリマー層と第2ポリマー層とが繰り返す多層フィルムであって、約0°の観察角度で実質的に無色透明に見え、予め決められた偏移角より大きい少なくとも1つの観察角で着色されているように見える多層フィルムを含む。この色は、シアンであることが好ましい。別の用語で述べるなら、本発明は、少なくとも第1ポリマー層と第2ポリマー層とが繰り返す多層フィルムであって、約0°の観察角で実質的にすべての入射可視光を透過し、予め決められた偏移角より大きい少なくとも1つの観察角で赤色光の選択された部分以外の実質的にすべての可視光を透過する多層フィルムを含む。本発明は、もう1つの実施態様では、少なくとも第1ポリマー層と第2ポリマー層とが繰り返す多層フィルムであって、何れかの偏光状態の光に対して約0°の観察角で実質的に無色透明に見え、予め決められた偏移角より大きい少なくとも1つの観察角で、ある偏光に対して着色されているように見え、他の偏光に対して無色透明に見える多層フィルムを含む。
【0014】
好適な実施態様の詳細な説明
I.はじめに:本発明の多層フィルムは、最も単純な条件では、観察者が0°の観察角で見ると無色透明に見え、予め決められた偏移角より大きい観察角で見ると可視色を呈する。本明細書で使用する場合、「無色透明(clean)」という用語は、実質的に透明かつ実質的に無色であることを意味し、「偏移角(shift angle)」は、フィルムが最初に着色されているように見える角度を意味する(フィルムに垂直に延びる光軸に対して測定する)。偏移角を図1にαで示す。分かりやすくするため、本発明について、だいたい無色透明からシアンへの色の偏移に関して説明する。この作用は、フィルムが、観察角0°で可視スペクトルの近赤外線(IR)部分での光を反射するとともに、偏移角より大きい角度で赤外線を反射することを可能にするように選択された多層ポリマー層を含む多層フィルムを製造して得られる。反射する赤外線の量および範囲に応じて、本発明のフィルムは、特定の条件下では、可視色、通常はシアンを呈するように見える。この作用を図1に示す。この図では、約0°の観察角で本発明のフィルムを観察している観察者Aはフィルム10を透かして見るが、偏移角αより大きい観察角でフィルムを観察している観察者Bはシアン色のフィルムを見る。したがって、観察者Aは、本発明のフィルムの下の品目に関する情報を読むことができ、観察者Bは、フィルムが真正であり、したがってフィルムの下にある品目も真正であると判断することができる。この作用は、1つまたは2つの偏光状態の光に対して生じさせることができる。
【0015】
フィルムに接着剤層を設けて貴重品に貼付すると、フィルムは、認証手段として非常に有用である。こうしたフィルムは特徴的かつ安価であり、一般的な機器を使って複製することは困難であるか、または不可能である。したがって、貴重品、たとえば箱入り電子機器、コンパクトディスク、運転免許証、権利証書、パスポートまたはブランド商品などの提供者は、本発明の多層フィルムを自己の製品に簡単に貼付して、このようにラベルを貼付された認証貴重品としてのみ商品を受領するように自己の顧客に対して指示することができる。さらに、フィルムは、観察角の少なくともある程度の範囲に対して透過性であるため、印字された指示、グラフィックスまたはその他の可視性特徴の上に、可視性を著しく妨げることなく配置することができる。
【0016】
II.構成、材料および光学的特性:従来の多層ポリマーフィルムの構成、材料および光学的特性は一般に周知されており、最初に記載されたのはAlfrey等の「Polymer Engineering and Science」(ポリマー工学および科学)、第9巻、第6号、400〜404ページ(1969年11月;Radford等の「Polymer Engineering and Science」(ポリマー工学および科学)、第13巻、第3号、216〜221号(1973年5月);および米国特許第3,610,729号(Rogers)である。さらに最近では、PCT国際公開第WO95/17303号(Ouderkirk等)、PCT国際公開第WO96/19347号(Jonza等)、米国特許第5,095,210号(Wheatley)、および米国特許第5,149,578号(Wheatley等)などの特許および出版物に、様々な光学的特性、特に異なる方向で異なる屈折率を示す各種のポリマー材料の薄い層を1つおきに多数配置して達成される有用な光学的効果が記載されている。これら引用文献すべての内容は、引用することにより本明細書に包含する。
【0017】
A.構成:多層ポリマーフィルムは、何百または何千もの薄い層を含むことができ、スタック内の層の数と同じだけ多くの材料を含むことができる。製造が容易であるという点で、好ましい多層フィルムは少数の異なる材料のみを含み、分かりやすくするため、本明細書に記載する材料は2種類である。たとえば図2は、実際の厚さがd1の第1ポリマーAと、実際の厚さがd2の第2ポリマーBを含む。この多層フィルムは、第1屈折率を有する第1ポリマー材料の層と、第1材料の屈折率とは異なる第2屈折率を有する第2ポリマー材料の層とが1つおきになっている複数の層を含む。個々の層の厚さは、一般に0.05μm〜0.45μmのオーダーである。一例として、Ouderkirk等に付与されたPCT公開には、結晶質ナフタレンジカルボン酸ポリエステルの層と、コポリエステルまたはコポリカーボネートなど、選択した別のポリマーの層とが1つおきになっている複数の層を有する多層ポリマーフィルムであって、層の厚さが0.5μm未満であり、ポリマーの1つの屈折率がある方向に1.9に達し、他の方向に1.64に達することができ、その結果、偏光に有用な複屈折効果を提供する多層ポリマーフィルムが開示されている。
【0018】
一方の層の屈折率が高く、他方の層の屈折率が低い隣接する層の対は、合計光学的厚さが、反射されることが望ましい光の波長の1/2であることが好ましい。反射率が最大である場合、多層ポリマーフィルムの個々の層の光学的厚さは、反射されることが望ましい光の波長の1/4であるが、層の対内の光学的厚さは、他の理由でこの他の割合を選択しても良い。これらの好ましい条件は、各々式1および2で表される。光学的厚さは、材料の屈折率に材料の実際の厚さを乗じた値と定義され、特記しない限り、本明細書に記載する光学的厚さはすべて、配向またはその他の処理の後に測定する。垂直入射における2軸延伸多層光学的スタックの場合、以下の式が適用される:
【数1】
【数2】
ここで、λ=最大光反射の波長
t1=第1材料層の光学的厚さ
t2=第2材料層の光学的厚さ
および
n1=第1材料の平面内屈折率
n2=第2材料の平面内屈折率
d1=第1材料の実際の厚さ
d2=第2材料の実際の厚さ
異なる光学的厚さを有する複数の層を使って多層フィルムを形成することにより(たとえば、層厚さ勾配を有するフィルムの場合)、フィルムは異なる波長の光を反射する。本発明の重要な特徴は、実際の層の厚さと材料とを選択することにより、スペクトルの近IR部分の光を反射するのに十分な所望の光学的厚さを有する層を選択することである。さらに、以下のとおり、層の対は光の予測可能な帯域を反射するので、個々の層の対は、光の特定の帯域を反射するように設計および製造される。したがって、適切に選択した多数の層の対を結合すると、近IRスペクトルの所望部分の優れた反射率が得られるため、本発明の無色透明−着色効果が生成される。
【0019】
本発明により0°の観察角で反射されることが望ましい光の帯域は、約720〜900nmである。したがって、層の対の光学的厚さは、近IR光を反射するためには360〜450nm(反射されることが望ましい光の波長の1/2)である。さらに好ましくは、多層フィルムの個々の層は、近IR光を反射するためには、180〜225nm(反射されることが望ましい光の波長の1/4)である。具体的に示すために、第1層の材料の屈折率が2軸延伸PETの場合のように1.66であり、第2層の材料の屈折率が2軸延伸ECDELTMの場合のように1.52であると仮定し、これら2つの層が同じ光学的厚さ(1/4波長)を有すると仮定すると、第1材料層の実際の厚さは約108〜135nmであり、第2層の実際の厚さは約118〜148nmである。このような多層フィルムの光学的特性について、以下に詳細に記載する。
【0020】
フィルム内の各種の層は、異なる光学的厚さを有することが好ましい。この状態は、層厚さ勾配と一般に呼ばれる。層厚さ勾配は、反射に望ましい全体の帯域が得られるように選択する。1つの共通な層厚さ勾配は線状の勾配であり、この勾配では、最も厚い層の対の光学的厚さは最も薄い層の対の光学的厚さより一定の割合だけ厚い。たとえば、1.13:1の層厚さ勾配は、最も厚い層の対(一般に一方の主面に隣接する)の光学的厚さが、最も薄い層の対(一般に、フィルムの反対側の表面に隣接する)の光学的厚さより13%厚いことを意味する。他の実施態様では、層の光学的厚さを直線的または他の状態で増加または減少させるには、たとえば、フィルムの一方の主面から他方の主面まで単調に減少する光学的厚さの層、次に単調に増加する光学的厚さの層、次に再び単調に減少する光学的厚さの層を形成すれば良い。これは、比較的鋭利な帯端、ひいては本発明の場合の透明から着色まで比較的鋭利な、つまり比較的急な遷移が得られると考えられる。その他の変形例としては、層の2つのスタック間の光学的厚さの不連続性、曲線状の層厚さ勾配、逆厚さ勾配、f比偏差の逆厚さ勾配を有するスタック、および実質的にゼロ厚さ勾配のスタックがある。帯端を鋭利にするための層厚さプロファイルは、本出願と同じ日に提出されて、本発明の譲受人に譲渡され、引用することにより本明細書に包含される米国特許出願第09/006,085号「Optical Film With Sharpened Bandedge」(鋭利な帯端を有する光フィルム)に完全に説明されている。
【0021】
B.材料:本発明の光フィルムの材料を選択するときに考慮すべき要素は、いくつかある。第1に、光フィルムは、3種類以上のポリマーから製造して良いが、製造上の理由から、第1ポリマー層と第2ポリマー層とを1つおきにすることが好ましい。第2に、2つのポリマーの一方は、第1ポリマーと呼ばれ、絶対値が大きい応力光係数を有しなければならない。つまり、第1ポリマーは、延伸された場合に大きい複屈折を発生できなければならない。この複屈折は、用途に応じて、フィルム平面の2つの直交方向の間、1つまたは複数の平面内方向、およびフィルム平面に垂直な方向、またはこれらの組合わせで発生させることができる。第3に、第1ポリマーは、完成フィルムに所望の光特性が与えられるように、延伸後にこの複屈折を維持できなければならない。第4に、その他の必要なポリマーは、第2ポリマーと呼ばれ、完成フィルムにおいて、少なくとも一方向の屈折率が、同方向の第1ポリマーの屈折率と著しく異ならなければならない。ポリマー材料は分散的である、つまり屈折率は波長によって異なるため、これらの条件は、関連するスペクトル帯域に関して考慮しなければならない。殆どの用途では、関連する帯域内に吸光帯が存在することは、第1ポリマーにとっても第2ポリマーにとっても有利ではない。したがって、この帯域内のすべての入射光は、反射または透過する。しかし、用途によっては、第1ポリマーと第2ポリマーの一方または両方が、特定の波長を全体的にまたは部分的に吸収することは有用である。
【0022】
ポリエチレン2,6−ナフタレート(PEN)は、以下に詳しく記載する理由から本発明のフィルムの第1ポリマーとして選択されることが多い。PENは、大きい正の応力光係数を有し、延伸後に効果的に複屈折を保持し、可視範囲内に殆どまたはまったく吸光性を持たない。PENはさらに、等方性状態で大きい屈折率を有する。550nm波長の偏光入射光に対するPENの屈折率は、偏光平面が延伸方向に平行である場合、約1.64から約1.9にも増加する。PENの複屈折は、PENの分子配向を増加させて増加することができる、つまり、他の延伸条件を一定に保った状態で、より大きい延伸比まで延伸して増加することができる。
【0023】
その他の半結晶質ナフタレンジカルボン酸ポリエステルも、第1ポリマーとして適している。ポリブチレン2,6−ナフタレート(PBN)は一例である。これらのポリマーは、コモノマーの使用によって、延伸後の応力光係数または複屈折の維持が実質的に損なわれない限り、ホモポリマーでもコポリマーでも良い。本明細書で使用する「PEN」という用語は、これらの制限に適合するPENのコポリマーを含むと考えられる。実際上、これらの制限は、コモノマー分に上限を課し、上限の正確な値は、使用するコモノマーの選択によって変わる。しかし、コモノマーを混合することによって他の特性が改善される場合、こうした特性にある程度の妥協を認めることができる。こうした特性としては、層間付着の改善、比較的低い融点(押出し温度が比較的低くなる)、フィルム内の他のポリマーに対する良好な流動学的一致、およびガラス転移温度の変化による、延伸用処理領域の有利な移動が挙げられるが、これらだけに限らない。
【0024】
PEN、PBNなどに使用するのに適するコモノマーは、ジオールまたはジカルボン酸またはエステルタイプのもので良い。ジカルボン酸コモノマーとしては、イソフタル酸、フタル酸、すべての異性ナフタレンジカルボン酸(2,6−、1,2−、1,3−、1,4−、1,5−、1,6−、1,7−、1,8−、2,3−、2,4−、2,5−、2,7−および2,8−)、二安息香酸、たとえば4,4’−ビフェニルジカルボン酸およびその異性体など、トランス−4,4’−スチルベンジカルボン酸およびその異性体、4,4’−ジフェニルエーテルカルボン酸おおびその異性体、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸およびその異性体、4,4’−ベンゾフェノンジカルボン酸およびその異性体、ハロゲン化芳香族ジカルボン酸、たとえば2−クロロテレフタル酸および2,5−ジクロロテレフタル酸など、その他の置換芳香族ジカルボン酸、たとえば第三ブチルイソフタル酸およびナトリウムスルホン化イソフタル酸など、シクロアルカンジカルボン酸、たとえば1,4−シクロヘキサンジカルボン酸およびその異性体、2,6−デカヒドロナフタレンジカルボン酸およびその異性体など、二環式または多環式ジカルボン酸(たとえば各種異性ノルボルナンおよびノルボルネンジカルボン酸、アダマンタンジカルボン酸およびビシクロ−オクタンジカルボン酸など)、アルカンジカルボン酸(たとえばセバシン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アゼライン酸およびドデカンジカルボン酸など)、縮合環芳香族炭化水素の何らかの異性ジカルボン酸(たとえばインデン、アントラセン、フェナントレン、ベンゾナフテン、フルオレンなど)が挙げられるが、これらだけに限らない。あるいは、これらのモノマーのアルキルエステル、たとえばジメチルテレフタレートを使用しても良い。
【0025】
適切なジオールコモノマーとしては、線状または分枝アルカンジオールまたはグリコール(たとえばエチレングリコール、トリメチレングリコールなどのようなプロパンジオール、テトラメチレングリコールなどのようなブタンジオール、ネオペンチルグリコールなどのようなペンタンジオール、ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールおよび高級ジオールなど)、エーテルグリコール(たとえばジエチレングリコール、トリエチレングリコールおよびポリエチレングリコールなど)、鎖式エステルジオール、たとえば3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピル−3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロパノエート、シクロアルカングリコール、たとえば1,4−シクロヘキサンジメタノールおよびその異性体、1,4−シクロヘキサンジオールおよびその異性体、二環式または多環式ジオール(たとえば各種の異性トリシクロデカン、ジメタノール、ノルボルナンジメタノール、ノルボルネンジメタノールおよびビシクロ−オクタンジメタノールなど)、芳香族グリコール(たとえば1,4−ベンゼンジメタノールおよびその異性体、1,4−ベンゼンジオールおよびその異性体、ビスフェノールA、2,2’−ジヒドロキシビフェニルおよびその異性体、4,4’−ジヒドロキシメチルビフェニルおよびその異性体、および1,3−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼンおよびその異性体)、並びにこれらのジオールの低級アルキルエーテルまたはジエーテル、たとえばジメチルまたはジエチルジオールが挙げられるが、これらだけに限らない。
【0026】
分枝構造をポリエステル分子に付与できる三官能価または多官能価コモノマーを使用しても良い。これらのコモノマーは、カルボン酸、エステル、ヒドロキシまたはエーテルタイプで良い。こうしたコモノマーの例としては、トリメリット酸およびそのエステル、トリメチロールプロパン、並びにペンタエリトリトールがあるが、これらだけに限らない。
【0027】
やはりコモノマーとして適しているのは混合多官能価のモノマーであり、ヒドロキシカルボン酸、たとえばパラヒドロキシ安息香酸および6−ヒドロキシ−2−ナフタレンカルボン酸およびこれらの異性体、混合多官能価の三官能価または多官能価コモノマー、たとえば5−ヒドロキシイソフタル酸などがある。
【0028】
ポリエチレンテレフタレート(PET)は、有意の正応力光係数を示し、延伸後に複屈折を効果的に維持し、可視範囲に吸光性が殆どまたはまったくないもう1つの材料である。したがって、PET、および上記のコモノマーを使用する高PET分コポリマーも、本発明の用途の第1ポリマーとして使用することができる。
【0029】
PENまたはPBNなどのようなナフタレンジカルボキシルポリエステルを第1ポリマーとして選択する場合、第2ポリマーを選択するのに取る方法はいくつかある。用途によって好ましい1つの方法は、延伸した場合に著しく小さい複屈折を示すかまたはまったく複屈折を示さないように処方したナフタレンジカルボキシルコポリエステル(coPEN)を選択することである。これは、coPENの結晶性がなくなるかまたは著しく減少するように、コモノマーおよびコポリマー中のコモノマーの濃度を選択して行うことができる。1つの代表的な配合物は、ジカルボン酸またはエステル成分として約20モル%〜約80モル%のジメチルナフタレンおよび約20モル%〜約80モル%のジメチルテレフタレートまたはジメチルイソフタレートを使用し、ジオール成分としてエチレングリコールを使用する。当然、対応するジカルボン酸をエステルの代わりに使用しても良い。coPEN第2ポリマーの配合物に使用できるコモノマーの数に限りはない。coPEN第2ポリマーに適するコモノマーは、適切なPENコモノマーとして上記に列挙したすべてのコモノマー、たとえば酸、エステル、ヒドロキシ、エーテル、三官能価または多官能価および混合官能価タイプが挙げられるが、これらだけに限らない。
【0030】
coPEN第2ポリマーの等方性屈折率を予測することは、多くの場合有用である。使用するモノマーの屈折率の容積平均は、適切な指針であることが分かった。先行技術で公知の類似の技術を使用すると、使用するモノマーのホモポリマーのガラス転移温度からcoPEN第2ポリマーのガラス転移温度を概算することができる。
【0031】
さらに、PENのガラス転移温度に匹敵するガラス転移温度を有し、PENの等方性屈折率に類似する屈折率を有するポリカーボネートも、第2ポリマーとして有用である。ポリエステル、コポリエステル、ポリカーボネートおよびコポリカーボネートを一緒に押出機に供給し、新しい適切なコポリマー系第2ポリマーにエステル交換しても良い。
【0032】
第2ポリマーがコポリエステルまたはコポリカーボネートである必要はない。ビニルナフタレン、スチレン、エチレン、無水マレイン酸、アクリレート、アセテートおよびメタクリレートなどのようなモノマーから製造されるビニルポリマーおよびコポリマーを使用しても良い。ポリエステルおよびポリカーボネート以外の縮合ポリマーを使用しても良い。縮合ポリマーの例としては、ポリスルホン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアミン酸およびポリイミドがある。ナフタレン基並びに塩素、臭素およびヨウ素などのハロゲンは、第2ポリマーの屈折率を所望のレベルまで増加するのに有用である。アクリレート基およびフッ素は、必要なら、屈折率を低下させるのに特に有用である。
【0033】
前記の説明から、第2ポリマーの選択は、問題の多層光フィルムに意図する用途にのみ左右されるのではなく、第1ポリマーの選択および延伸に使用する処理条件にも左右されることが分かる。適切な第2ポリマー材料としては、ポリエチレンナフタレート(PEN)およびその異性体(たとえば2,6−、1,4−、1,5−、2,7−および2,3−PEN)、ポリアルキレンテレフタレート(たとえばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートおよびポリ−1,4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート)、その他のポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリアミド(たとえばナイロン6、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン4/6、ナイロン6/6、ナイロン6/9、ナイロン6/10、ナイロン6/12およびナイロン6/T)、ポリイミド(たとえば熱可塑性ポリイミドおよびポリアクリルイミド)、ポリアミド−イミド、ポリエーテル−アミド、ポリエーテルイミド、ポリアリルエーテル(たとえばポリフェニレンエーテルおよび環置換ポリフェニレンオキシド)、ポリアリルエーテルケトン、たとえばポリエーテルエーテルケトン(「PEEK」)、脂肪族ポリケトン(たとえばエチレンおよび/またはプロピレンと二酸化炭素とのコポリマーおよびターポリマー)、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン(たとえばポリエーテルスルホンおよびポリアリルスルホン)、アタクチックポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン(「sPS」)およびその誘導体(たとえばシンジオタクチックポリ−α−メチルスチレンおよびシンジオタクチックポリジクロスチレン)、これらのポリスチレンの何れかの互いの混合物またはポリフェニレンオキシドなどのような他のポリマーとの混合物、これらのポリスチレンの何れかのコポリマー(たとえばスチレン−ブタジエンコポリマー、スチレン−アクリロニトリルコポリマー、およびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンターポリマー)、ポリアクリレート(たとえばポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレートおよびポリブチルアクリレートなど)、ポリメタクリレート(たとえばポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレートおよびポリイソブチルメタクリレートなど)、セルロース誘導体(たとえばエチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースアセテートブチレートおよびセルロースニトレートなど)ポリアルキレンポリマー(たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレンおよびポリ(4−メチル)ペンテン)、フッ素化ポリマーおよびコポリマー(たとえばポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、フッ素化エチレン−プロピレンコポリマー、ペルフルオロアルコキシ樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリエチレン−co−トリフルオロエチレン、ポリエチレン−co−クロロトリフルオロエチレンなど)、塩素化ポリマー(たとえばポリ塩化ビニリデンおよびポリ塩化ビニルなど)、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリエーテル(たとえばポリオキシメチレンおよびポリ酸化エチレンなど)、イオノマー系樹脂、エラストマー(たとえばポリブタジエン、ポリイソプレンおよびネオプレン)、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、並びにポリウレタンがあるが、これらだけに限らない。
【0034】
上記のPENのコポリマー、およびPENに適するポリエステルコモノマーの上記のリストから処方される、ナフタレン基を含有しないその他のコポリエステルなどのコポリマーも適切である。用途によっては、特にPETを第1ポリマーとして使用する場合、PETベースのコポリエステル、および上記のリストから選択されるコモノマー(coPET)が特に適している。さらに、第1または第2ポリマーは、2種類以上の上記ポリマーまたはコポリマーの混和性または不混和性ブレンド(たとえばsPSおよびアタクチックポリスチレンのブレンド、またはPENおよびsPSのブレンド)から構成しても良い。coPENおよびcoPETは直接合成するか、または少なくとも1つの成分がナフタレンジカルボン酸またはテレフタル酸ベースのポリマーであり、その他の成分がポリカーボネートであるかまたはその他のポリエステル、たとえばPET、PEN、coPETまたはcoPENであるペレットのブレンドとして処方しても良い。
【0035】
用途によって、第2ポリマーの材料として好適なもう1つの族は、シンジオタクチックビニル芳香族ポリマー、たとえばシンジオタクチックポリスチレンである。本発明に有用なシンジオタクチックビニル芳香族ポリマーとしては、ポリ(スチレン)、ポリ(アルキルスチレン)、ポリ(アリルスチレン)、ポリ(スチレンハリド)、ポリ(アルコキシスチレン)、ポリ(ビニルエステルベンゾエート)、ポリ(ビニルナフタレン)、ポリ(ビニルスチレン)およびポリ(アセナフタレン)、並びに水素化ポリマーおよびこれらの構造単位を含む混合物またはコポリマーが挙げられる。ポリ(アルキルスチレン)の例としては、以下の異性体が挙げられる:ポリ(メチルスチレン)、ポリ(エチルスチレン)、ポリ(プロピルスチレン)、およびポリ(ブチルスチレン)。ポリ(アリルスチレン)の例としては、ポリ(フェニルスチレン)の異性体が挙げられる。ポリ(スチレンハリド)の例としては、以下の異性体が挙げられる:ポリ(クロロスチレン)、ポリ(ブロモスチレン)およびポリ(フルオロスチレン)。ポリ(アルコキシスチレン)の例としては、以下の異性体が挙げられる:ポリ(メトキシスチレン)およびポリ(エトキシスチレン)。これらの例の中では、特に好ましいスチレン基ポリマーは、ポリスチレン、ポリ(p−メチルスチレン、ポリ(m−メチルスチレン)、ポリ(p−第三ブチルスチレン)、ポリ(p−クロロスチレン)、ポリ(m−クロロスチレン)、ポリ(p−フルオロスチレン)、並びにスチレンおよびp−メチルスチレンのコポリマーである。
【0036】
さらに、コモノマーを使用してシンジオタクチックビニル芳香族基コポリマーを製造しても良い。シンジオタクチックビニル芳香族ポリマーの群の定義で上記に列挙したホモポリマーに対するモノマーのほか、適切なコモノマーとして、オレフィンモノマー(たとえばエチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテンまたはデセンなど)、ジエンモノマー(たとえばブタジエンおよびイソプレンなど)、極性ビニルモノマー(たとえば環状ジエンモノマー、メチルメタクリレート、無水マレイン酸またはアクリロニトリルなど)が挙げられる。本発明のシンジオタクチックビニル芳香族コポリマーは、ブロックコポリマー、ランダムコポリマーまたは交互コポリマーで良い。
【0037】
本発明で言及するシンジオタクチックビニル芳香族ポリマーおよびコポリマーは、一般に、炭素−13核磁気共鳴で決定して75%以上のシンジオタクチック性を有する。好ましくは、シンジオタクチック性の程度は、85%を超えるラセミ2価元素、または30%を超えるか、さらに好ましくは50%を超えるラセミ5価元素である。さらに、これらのシンジオタクチックビニル芳香族ポリマーおよびコポリマーの分子量に関する特定の制限はないが、重量平均分子量は、10,000を超えて1,000,000未満であることが好ましく、50,000を超えて800,000未満であればさらに好ましい。
【0038】
シンジオタクチックビニル芳香族ポリマーおよびコポリマーは、たとえば、アタクチック構造を含むビニル芳香族基ポリマー、アイソタクチック構造を含むビニル芳香族基ポリマー、およびビニル芳香族ポリマーと混和可能なその他のポリマーとのポリマーブレンドの形態で使用しても良い。たとえば、ポリフェニレンエーテルは、前記のビニル芳香族基ポリマーの多くと良好な混和性を示す。
【0039】
主に1軸延伸による工程を用いて偏光フィルムを製造する場合、光層に特に好ましいポリマーの組合わせは、PEN/coPEN、PET/coPET、PEN/sPS、PET/sPS、PEN/EastarTM、およびPET/EastarTMであり、「coPEN」は、上記のナフタレンジカルボン酸ベースのコポリマーまたはブレンドを指し、EastarTMは、Eastman Chemical Co.が市販しているポリエステルまたはコポリエステルであり、これらは、シクロヘキサンジメチレンジオール単位およびテレフタレート単位を含むと考えられる。2軸延伸工程の工程条件を操作して偏光フィルムを製造する場合、光層に特に好適なポリマーの組合わせは、PEN/coPEN、PEN/PET、PEN/PBT、PEN/PETGおよびPEN/PETcoPETであり、「PBT」はポリブチレンテレフタレート、「PETG」は、第2グリコール(一般にシクロヘキサンジメタノール)を使用するPETのコポリマーを指し、「PETcoPBT」は、テレフタル酸またはそのエステルとエチレングリコールおよび1,4−ブタンジオールの混合物とのコポリエステルを指す。
【0040】
鏡または色が偏移するフィルムの場合、光層に特に好ましいポリマーの組合わせとして、PEN/PMMA、PET/PMMA、PEN/EcdelTM、PET/EcdelTM、PEN/sPS、PET/sPS、PEN/coPET、PEN/PETGおよびPEN/THVTMがあり、「PMMA」は、ポリメチルメタクリレートを指し、EcdelTMは、Eastman Chemical Co.が市販している熱可塑性ポリエステルまたはコポリエステルであり、これらは、シクロヘキサンジカルボキシレート単位、ポリテトラメチレンエーテルグリコール単位およびシクロヘキサンジメタノール単位を含むと考えられ、「coPET」は、上記のテレフタル酸ベースのコポリマーまたはブレンドを指し、「PETG」は、第2グリコール(一般にシクロヘキサンジメタノール)を使用するPETのコポリマーを指し、THVTMは、3Mが市販しているフルオロポリマーである。
【0041】
鏡フィルムの場合、フィルム平面に垂直な方向における第1ポリマーおよび第2ポリマーの屈折率は、入射光の角度に対してp偏光の一定の反射率を提供する(つまりブルースター角が存在しない)という点で、一致することが好ましい。たとえば、特定の波長では、平面内屈折率は、2軸延伸PENの場合1.76であるが、フィルム平面に垂直な屈折率は1.49まで低下する。PMMAを多層構成内の第2ポリマーとして使用する場合、同じ波長におけるPMMAの屈折率は、3方向すべてで1.495である。もう1つの実施例はPET/EcdelTMシステムであり、類似の屈折率は、PETの場合1.66および1.51であり、EcdelTMの等方性屈折率は1.52である。重要な特性は、1つの材料の垂直対平面屈折率は、その材料自体の平面内屈折率よりも他の材料の平面内屈折率に近くなければならないという点である。
【0042】
本発明の多層光フィルムが2種類を超える識別可能なポリマーから成ることは、場合により好ましい。第3以降のポリマーは、光スタック内の第1ポリマーと第2ポリマーとの間の付着を促進する層として使用すると、光学的目的のスタック内の追加の構成要素として、光スタック間の保護境界層として、表皮層として、機能的なコーティングとして、またはその他の何らかの目的に効果的である。したがって、第3ポリマー、または第3以降のポリマーが存在する場合、第3以降のポリマーの組成に制限はない。各々の表皮層は、多層光フィルムの一番外側の層、または光フィルムを含む層の集合として一般に形成され、一般に、表皮層の物理的厚さは、多層フィルム全体の物理的厚さの1%〜40%であるが、5%〜20%であれば好ましい。
【0043】
C.光特性:多層フィルムの反射率特性は、いくつかの要素によって決まり、本発明の目的に最も重要な要素は、フィルムスタックの各層の屈折率である。特に、反射率は、x、yおよびz方向(nx、ny、nz)における各々の材料の屈折率間の関係によって決まる。3つの屈折率間の異なる関係により、材料は3つの一般的なカテゴリに分類される:等方性、1軸複屈折および2軸複屈折である。最後の2つは、本発明の光特性に重要である。
【0044】
1.1軸複屈折材料:1軸複屈折材料の場合、2つの屈折率(一般にx軸およびy軸沿い、つまりnxおよびny)は等しく、第3の屈折率(一般にz軸沿い、つまりnz)とは異なる。x軸およびy軸は平面内軸と定義され、多層フィルム内の特定層の平面を表し、個々の屈折率nxおよびnyは平面内屈折率と呼ばれる。
【0045】
1軸複屈折システムを形成する1つの方法は、多層ポリマーフィルムを2軸延伸する(2本の軸線に沿って伸長させる)ことである。多層フィルムの2軸延伸によって、両方の軸線に平行な平面の隣接する層の屈折率間に差が生じ、光は偏光の両方の平面で反射する。1軸複屈折材料は、正または負の1軸複屈折を有することができる。正の1軸複屈折は、z方向(nz)における屈折率が平面内屈折率(nxおよびny)より大きい場合に生じる。負の1軸複屈折は、z方向(nz)における屈折率が平面内屈折率(nxおよびny)より小さい場合に生じる。n1zをn2x=n2y=n2zに適合するように選択し、多層フィルムが2軸延伸される場合、p偏光に対するブルースター角は存在しないため、反射率はすべての入射角に対して一定になる。つまり、適切に設計された多層フィルムを2つの相互に垂直な平面内軸で延伸すると、この多層フィルムは入射光の異常に高い割合を反射し、きわめて効果的な鏡である。上記のとおり、近IR光を反射するように層を選択することにより、本発明のフィルムの色の偏移効果が得られる。この同じ効果は、以下のとおり、個々の延伸軸線が互いに対して90°である2つの1軸延伸(2軸延伸)フィルムを配置することにより得られる。
【0046】
2.2軸複屈折材料:2軸複屈折材料の場合、3つの屈折率はすべて異なる。2軸複屈折材料は、本発明のフィルムにとって重要である。2軸複屈折システムは、多層ポリマーフィルムをたとえば図2のx方向に沿って1軸延伸する(1本の軸線に沿って伸長させる)ことにより製造することができる。2軸複屈折多層フィルムは、偏光の平面が1本の軸線に平行な光の場合にすべての入射角に対して高度の反射率を示し、偏光の平面が他の軸線に平行な光の場合にすべての入射角で低い反射率(高度の透過性)を有するように設計することができる。したがって、2軸複屈折システムは、ある偏光の光を反射して、他の偏光の光を透過する偏光子として作用する。別の表現をすると、偏光フィルムは、不規則な極性の入射光(不規則な角度で平面内で振動する光)を受光し、ある極性の入射光線(一方の平面で振動する)をフィルムに通し、他の極性の入射光線(第1平面に垂直な平面内で振動する)を反射する。3つの屈折率、つまりnx、nyおよびnzを調整することにより、所望の偏光効果を得ることができる。近赤外線の光を反射するように層を適切に設計すると、透明−着色偏光子が形成される。このフィルムは、単独で使用すると、偏移角未満の角度で実質的に透明に見え、偏移角を超える角度で着色されているように見える(ただし、強度は2軸延伸鏡フィルムの約半分である)。フィルムは、偏光子を通して見ると、偏移角未満の角度では偏光子のどの向きに対しても透明に見える。偏移角を超える角度の場合、フィルムは、延伸方向に平行に偏光された光に対して強度に着色されており、非延伸方向に平行に偏光された光に対して透明である。一方の偏光平面のみの光を効果的に反射し、所望の色の偏移を生じるには、n1x>n2xであり、n1yはn2yにほぼ等しく、n1zは、n1xよりn2xに近いことが望ましい。2枚の交差した2軸複屈折フィルムはきわめて効果的な鏡を形成し、1枚の1軸複屈折フィルムと同様に機能する。
【0047】
2軸延伸を用いて多層ポリマー偏光子を製造する新奇な方法は、本出願と同一の日に提出されて本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第09/006,455号「An Optical Film and Process for Manufacture Thereof」(光フィルムおよびその製造方法)に記載されている。この方法では、永久的な複屈折が可能な2種類のポリマーを順次延伸して、第1の延伸では、一方の材料に殆ど複屈折が生じないように、他方の材料に著しい複屈折が生じるように条件を選択する。第2の延伸では、第2の材料は、延伸方向における第1の材料の最終的な屈折率に一致するのに十分な著しい複屈折を示す。第1の材料は、第2の延伸後に平面内2軸特性を示すことが多い。2軸延伸により良好な偏光子を形成するシステムの一例は、PEN/PETである。この場合、屈折率は、値の一定範囲で調節することができる。以下の値の集合は、この原理を示す:PENの場合、n1x=1.68、n1y=1.82、n1z=1.49;PETの場合、n1x=1.67、n1y=1.56、n1z=1.56であり、これらの値はすべて632.8nmの場合である。PENおよびPETのコポリマーも使用できる。たとえば、約10重量%のPENサブユニットおよび90重量%のPETサブユニットを含むコポリマーは、構成するときにPETホモポリマーに代わって使用することができる。類似の処理を施したコポリマーの屈折率は、632.8nmにおいてn1x=約1.67、n1y=約1.62、n1z=約1.52である。x方向の屈折率は良好に一致し、y方向の差は大きく(強度の反射の場合)、z方向の差は小さい。z屈折率の差が小さいと、観察角が浅い場合の望ましくない色漏れが最小限になる。2軸延伸によって形成されるフィルムはすべての平面方向内で強力であり、1軸延伸偏光子は分割する傾向がある。セキュリティの用途に応じて、どちらの方法も利点がある。
【0048】
上記の説明は具体的に示すことを意図し、これらの方法と他の技術との組合わせを使用して、ある平面内方向で屈折率が一致せず、この方向に直交する平面方向で相対的屈折率が一致するという偏光フィルムの目標を達成できることが分かる。
【0049】
本発明の透明−着色多層フィルムは、偏移角を超える角度で赤色光を反射する。シアンは、定義上、白色光から赤色光を減じたものなので、フィルムはシアンを呈する。反射される赤色光の量、ひいてはフィルムがシアンを呈する程度は、観察角および反射帯域によって決まる。図1に示すように、観察角は、光受容体(一般には人の眼)とフィルムの平面に垂直な観察軸線との間で測定される。観察角が約0°である場合、何らかの色の非常に小さい可視光が多層フィルムによって反射され、フィルムは、拡散白色背景に対して透明を呈する(黒色の背景に対して黒色を呈する)。観察角が予め決められた偏移角αを超える場合、赤色光の大部分は多層フィルムによって反射され、フィルムは、拡散白色背景に対してシアンを呈する(または黒色の背景に対して赤色を呈する)。観察角が90°方向に増加すると、より多くの赤色光が多層フィルムによって反射され、シアンはさらに濃くなる。上記の説明は、光の平行ビームではなく本発明によるフィルム上の周囲拡散白色光の効果を観察した結果に基づく。拡散白色背景に向かってフィルムを見て、平行光源が1つである場合、鏡面反射の角度が観察角である場合を除いて、効果はまったく類似している。この状態が生じると、偏移角より大きい角度では、赤色光が光受容体に達する。観察角を鏡面反射の角度からわずかに移動させると、再びシアン色が観察される。狭い反射帯を使用する場合、赤色光は浅い観察角(偏移角より大きく、90°より小さい)では再びフィルムを貫通する。この結果、フィルムにマゼンタの色合いが生じる。透明なフィルムはシアンに変化するので、観察者は観察角を0°から90°に変える。この効果を得るには、反射帯の幅は100nm未満でなければならない。
【0050】
反射帯域幅に関する1つの共通の説明は、以下の式に示すように、スタック内の材料の平面内屈折率間の関係に依存する。
式3:帯域 = (4λ/πsin-1[(1-(n2/n1))/(1+(n2/n1))]
したがって、n1がn2に近い場合、反射率のピークは非常に狭い。たとえば、光学的厚さが同じであるPET(n1=1.66)の層とEcdel(n2=1.52)の層とが1つおきになっている複数の層を有し、最小透過λ=750nmを考慮して選択された多層フィルムの場合、透過最小の幅つまり帯域幅は約42nmである。同じ条件でPEN(n1=1.75)の層とPMMA(n2=1.49)の層とが1つおきになっている多層フィルムの場合、帯域幅は77nmである。
【0051】
薄いフィルムスタック内の入射角度による青方偏移は、以下の式4に示すように、個々の層の基本波長同調式から導くことができる:
式4:λ/4 = nd (Cos θ)
ここで
λ= 特定層に同調される波長;
n = 層を貫通する光の特定方向および偏光に対する材料層の屈折率;
d= 層の実際の厚さ;および
θ= 層内の垂線から測定する入射角度。
【0052】
等方性の薄いフィルムスタックの場合、θが増加するにつれて(Cosθ)の値のみが減少する。しかし、本発明の複屈折フィルムの場合、θが増加するにつれて、nおよび(Cosθ)の両方がp偏光に対して減少する。単位格子が、PENなどのような負の複屈折材料の1つまたは複数の層を含む場合、p偏光は、屈折率の平面内の値のみではなく低いz屈折率値を感知し、その結果、負の複屈折層の有効屈折率が低下する。したがって、単位格子内に負の複屈折層が存在することによって生じる有効な低z屈折率は、等方性の薄いスタック内に存在する青方偏移のほかに2次的な青方偏移を生じる。複合効果によって、スペクトルの青方偏移は、完全に等方性材料から成るフィルムスタックに比べて大きくなる。実際の青方偏移は、単位格子内のすべての材料層の入射角によるLの厚さ加重平均変化によって決まる。したがって、青方偏移は、単位格子内の等方性層に対する複屈折層の相対厚さを調節することにより強化または低下させることができる。その結果、以下に定義するf比が変化するが、このf比は製品を設計するときに最初に考慮しなければならない。鏡の最大青方偏移は、負の1軸複屈折材料をスタックのすべての層に使用することにより得られる。最小青方偏移は、1軸正複屈折材料のみを光スタック内に使用することにより得られる。偏光子には、2軸複屈折材料を使用するが、複屈折の薄いフィルム偏光子の一方の主軸線に沿って入射する光の場合、分析結果は1軸フィルムと2軸フィルムの両方について同じである。偏光子の主軸線間の方向についても、上記の効果はなお観察されるが、分析結果はさらに複雑である。
【0053】
PEN/PMMAの1軸複屈折について、赤色光反射の角度依存を図3および図4に示す。これらのグラフでは、透過光の割合が縦軸に沿って表され、光の波長が横軸に沿って表されている。透過光の割合は単に1から反射光の割合を差し引いた値なので(吸光は無視できる)、光の透過に関する情報は光の反射に関する情報も提供することに注意する。図3および図4に記載するスペクトルは、計算上の光モデル化システムから得られるが、実際の性能は、予測される性能に比較的密接に一般に対応する。表面反射は、コンピュータによりモデル化したスペクトルと測定したスペクトルの両方において透過の減少に影響する。実際のサンプルを試験したその他の実施例では、コネチカット州、ノーウォークのPerkin Elmer CorporationがLambda 19の商標で市販している分光計を使用して、表示された角度における光の透過を測定した。
【0054】
PEN(nx,y=1.75;nz=1.5)の層とPMMA(nx,y,z=1.5)の層とが1つおきになっており、線状層厚さ勾配が1.13:1の合計224層を有する1軸複屈折フィルムをモデル化した。0°の観察角におけるこのモデル化フィルムの透過スペクトルを図3に示し、60°の観察角における透過スペクトルを図4に示す。図3は近IR光の実際上の消光を示し、この場合、観察者にはフィルムは透明に見える。図4は赤色光の実際上の消光を示し、この場合、観察者にはフィルムはシアンに見える。sおよびp偏光両方の低い(つまり左)波長帯端は、ともに約750nmから約600nmに偏移し、透過は、スペクトルの所望の範囲で最小限になるため、眼には非常に鮮明な色の偏移が見える。sおよびp偏光の同時の偏移は、本発明の望ましい態様である。なぜなら、両方の極性の光が一緒に偏移する場合、色の偏移はより急激かつ著しいからである。図3および図4、並びにそれ以降の図面では、この効果は、sおよびp偏光スペクトルの左帯端の間隔が離れているか離れていないかを判断することにより観察することができる。
【0055】
上記モデル化フィルムの実際の色を決定すため、L*a*b色空間内のCIE色座標で透過光を決定し、a*b*を観察角の関数として図5に描いた。色の計算方法は、ASTM E308−95「Standard Practice for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System」(CIE系を使用して物体の色を計算する一般的な方法)に従った。実際のスペクトルに関するCIEの計算の場合、データは、ASTM E1164−94「Standard Practice for Obtaining Spectrophotometric Data for Object−Color Evaluation」(物体の色を評価するための分光測光データを求める一般的な方法)に従って作成した。すべてのCIE色測定には、発光体D65および10°の補足的な標準観察器を使用する。フィルムの透過スペクトルを全体的に使用したが、CIE座標を2つの透過、および白色拡散背景からの反射として計算すると、我々のモデル化はわずかな相違を示す。CIE色座標では、正のa*は赤色に対応し、負のa*は緑色に対応し、正のb*は黄色に対応し、負のb*は青色に対応する。A*=b*=0は、全体に無色である。Yxy色空間の無色の条件は、x=0.3127およびy=0.3290である。実際、絶対値がa*、b*<1の場合、人の眼はどの色も知覚できず、絶対値がa*、b*<5の場合、本発明のフィルムは実質的に無色である。図5では、偏移角(約36°)を超えると、本質的に無色から濃いシアンまで著しい変化が生じる。a*は−40未満の値に偏移し、b*は、72°以上の観察角で−30より低い値に達する。
【0056】
本発明は、等方性材料の場合と対照的である。たとえば、ジルコニアおよびシリカの24層構成をモデル化した。ジルコニアの屈折率はnx,y,z=1.93、シリカの屈折率はnx,y,z=1.45であり、このモデルは、最も厚い層の対が最も薄い層の対に比べて1.08倍厚い線状層厚さ勾配を取った。0°の観察角では、等方性フィルムのスペクトルは、上記のモデル化多層フィルムに類似するように見え(図6を図3と対比する)、裸眼では両方が透明に見える。しかし、図7に示すように、60°の観察角で見たp偏光の低波長帯端は約100nmだけ偏移し、s偏光の低波長帯端は約150nmだけ偏移する。この構成は、sおよびp偏光が角度の変化とともに偏移しないため、透明からシアンへの急激な変化を示さない。さらに、p偏光透過スペクトルは、多少の赤色光の漏洩を示し、比較的弱いシアン色の飽和を助長する。このモデル化等方性構成に関して図8にグラフで表すCIE色座標は、これを裏付ける。最も強い彩色位置(約70°の観察角)におけるa*およびb*の値のみが、約−10〜−20の間にある。
【0057】
本発明のフィルムでは、色が透明からシアン、さらにマゼンタに変化するように見えるフィルムを製造することも可能である。PENおよびPMMAを使用して、100層フィルムをモデル化した。このモデルに使用した屈折率は、PENについてはnx,y=1.75及びnz=1.50、PMMAについてはnx,y,z=1.50である。350nm〜1200nmのモデル化スペクトル全体で、一定の値の屈折率を使用した。実際の層の厚さは、740nmに中心がある1/4波長に対応してPMMAについては123.3nm、PENについては105.7nmになるように選択した。このモデルには、層厚さ誤差を使用しなかった。透過光の下のCIE色座標を0〜85°の観察角について決定し、図9に示す。フィルムは、約30°未満の観察角で透明を呈し、約40〜70°の観察角でシアン(負のa*および負のb*)を呈し、最後に80°を超える観察角でマゼンタ(正のa*および負のb*)を呈する。このモデル化構成に対応するスペクトルを図10〜図12に示す。フィルムは、近IR光のみが反射されるため、観察角0°(図10)の透過で透明を呈する。フィルムは、観察角60°(図11)では、赤色光が反射されるためにシアンを呈する。観察角85°(図12)では、完全透過は十分に遠く左に偏移するため、ほぼ同量の赤色光および青色光が透過され、フィルムはマゼンタを呈する。
【0058】
偏移角は15〜75°であることが好ましい。なぜなら、偏移角が15°より小さい場合、観察者は、多層フィルムが取り付けられている製品を注意深く配置して、透明な外観を得てから下にある情報を知覚しなければならないからである。偏移角が75°より大きい場合、観察者は、製品を正しく配置して色の偏移を知覚することができないため、製品が偽造物ではないのに偽造物であると誤って知覚する場合がある。30〜60°の偏移角は最も好ましい。特定の多層フィルムの偏移角は、十分な量の赤色光が反射されて、フィルムの外観がシアンになるように層の厚さを設計して選択する。適切な層の厚さは、上記の式1、2および3に従って概算でき、これらの式は、反射されることが望ましい光の波長に層の光学的厚さ(ひいては実際の厚さ)を関連付けるものである。材料の特定の対の帯域幅は、層の厚さ比を乗じて式3から概算できる。反射帯域の中心は、この中心が、低い方の帯端の所望の位置から約1/2帯域幅に位置するように、式1または2から計算される。
【0059】
偏移角は、a*がCIE L*a*b色空間の−5の値に最初に達するときの角度として定義される。偏移角は、知覚できる量の赤色光が反射される最初の角度にも対応する。図3および図5を図9および図10と対照すると分かるとおり、完全透過(反射ピーク)を可視スペクトル(700nm)の縁部に近く配置すると、偏移角は約36°から約32°に変化する。偏移角のこの定義を使用する場合、sおよびp偏光の低い方の帯端は、PEN/PMMAモデル化スペクトルの場合は約660nmで生じる。モデル化等方性ジルコニア/シリカ構成の場合、偏移角は42°で生じ、帯端は、p偏光の場合は650nmに低下し、s偏光の場合は670nmに低下する。
【0060】
透明から着色された外観へ最も急激に変化させるため、sおよびp偏光両方の低い方の(つまり左)帯端を一致させるべきである。こうした帯端が一致する多層フィルムを設計する1つの方法は、f比が約0.25の材料を選択することである。f比は、複屈折層のf比を記述するために一般に使用されるが、式5に示すように計算される。
式5:f比= n1d1/(n1d1 + n2d2)
ここで、nおよびdは、それぞれ屈折率および層の実際の厚さである。
【0061】
上記の100層のPEN/PMMAモデル化事例および図9〜図12の実験材料を使用して、f比を変える効果を実証した。PENは式5の第1材料であり、PMMAは第2材料である。複屈折層のf比が約0.75である場合、図13に示すように、sおよびp偏光スペクトルの低い方の帯端の間に著しい分離が見られる。f比が約0.5である場合、図14に示すように、著しく分離した状態が保たれる。しかし、f比が0.25の場合、sおよびp偏光スペクトルの低い方の帯端は、図15に示すように実際上一致し、色が急激に変化するフィルムが得られる。別の用語で述べるなら、所望の効果を得るには、sおよびp偏光スペクトルの低い方の帯端を互いに約20nmの範囲内にすることが最も望ましく、互いに約10nmの範囲内であればさらに望ましい。図3〜図12の実験材料であるモデル化事例の場合、0.5のf比を使用した。
【0062】
次に、上記のモデル化データの基礎になる光学的理論について詳細に説明する。誘電反射器は、1つおきに高い屈折率と低い屈折率の2つ以上の層を有する層群から成る。各々の群は、反射帯域の波長を決定する半波光学的厚さを有する。一般に、半波の多数の集合を使用して、波長範囲で反射能を有するスタックを構成する。殆どのスタック構造は、帯端として知られる比較的高い波長と比較的低い波長で反射率が急激に低下する。半波位置の上の縁部は高波長帯端、λBEhiであり、半波位置の下の縁部は低波長帯端、λBEloである。これらを図16に示す。反射帯域の中心、縁部および幅は、入射角に応じて変化する。
【0063】
反射帯域は、特性マトリックス法を用いて正確に計算することができる。特性マトリックスは、ある界面の電界を次の界面の電界に関連付ける。特性マトリックスは、各界面および各層の厚さに関する条件を有する。界面および位相条件に有効な屈折率を使用することにより、異方性および等方性材料の両方を評価することができる。半波の特性マトリックスは、半波の各層のマトリックスの積である。各層の特性マトリックスは、式6により与えられる:
【数3】
ここで、riおよびtiは、i番目の界面の界面反射のフレネル係数であり、βiは、i番目の層の位相厚さである。
【0064】
スタック全体の特性マトリックスは、各層のマトリックスの積である。スタックの合計透過および反射など、その他の有用な結果は、特性マトリックスから導くことができる。i番目の界面のフレネル係数は、式7(a)および7(b)によって与えられる:
【数4】
フレネル係数に使用する有効屈折率は、式8(a)および8(b)によって与えられる:
【数5】
これらの屈折率を使用する場合、フレネル係数は垂直入射で評価する。入射材料の屈折率はnoおよび角度はθoである。
【0065】
半波の対の一方または両方の合計位相変化は、異方性屈折率を有する。有効屈折率の分析的表現を使用した。位相変化は、s偏光とp偏光とでは異なる。各々の偏光について、層i,βの二重横断線の位相変化を式9(a)および9(b)に示す:
【数6】
ここで、θoおよびnoは、入射媒体の角度および屈折率である。
【0066】
1980年にPergamon Pressが発行したBornおよびWolf著の「Principles of Optics」(光学の原理)第6版、66ページには、高反射領域の波長端は、異なる波長におけるスタックの特性マトリックスのM11およびM22を評価することにより決定できると記載されている。式10が満足される波長では、透過は、半波がスタックに追加されると急激に減少する。
【数7】
この式が1に等しい波長は、帯端である。2つの層から成る半波の場合、マトリックスを乗じると、式11で与えられる分析的表現が得られる。
【数8】
反射帯端は、各々の半波の特性マトリックスから決定できる。2つを超える層を含む半波の場合、スタックの特性マトリックスは、構成要素の層のマトリックス増倍により、ある波長における合計マトリックスを生成して導くことができる。帯端は、式11が満足される波長と定義される。これは、第1次の反射帯域であるか、または上位の反射である可能性がある。各々の帯域について、2つの解がある。上位の反射が見られる比較的短い波長では、さらに解がある。
【0067】
III.製造:本発明の多層フィルムを製造する好ましい方法の略図を図17に示す。多層光フィルムを製造するため、材料100および102は、適切に異なる光特性を有するように選択し、それぞれの材料の融点を超える温度および/またはガラス転移温度まで加熱して、層増倍器106を含むかまたは含まない多層供給ブロック104に供給する。層増倍器は、多層流の流れを分割し、流れの向きを変えて1つの流れを第2の流れの上に「積み重ね」、押し出される層の数を増倍する。非対称増倍器は、層厚さの誤差をスタック全体に導入する押出機とともに使用する場合、層厚さの分布を拡大して、多層フィルムが、光の所望部分の可視スペクトルに対応する層の対を有し、所望の層厚さ勾配を形成することを可能にする。表皮層用の樹脂108を表皮層供給ブロック110に提供すると、図示のとおり、表皮層も導入することができる。
【0068】
多層供給ブロックは、フィルム押出ダイ112に供給する。本発明の製造に有用な供給ブロックは、たとえば米国特許第3,773,882号(Schrenk)および第3,884,606号(Schrenk)に記載されており、これらの特許は、引用することにより本明細書に包含する。一例として、押出温度は約295℃であり、供給速度は、各々の材料について毎時約10〜150kgである。殆どの場合、表皮層111は、フィルムが供給ブロックおよびダイを通過するときにフィルムの上面および下面上に流すことが望ましい。これらの層は、壁付近に見られる大きい応力勾配を散逸させて、光層を比較的円滑に押し出すのに役立つ。各々の表皮層に代表的な押出速度は、毎時2〜50kg(合計処理量の1〜40%)である。表皮材料は、光層の1つ、または第3ポリマーと同じで良い。
【0069】
溶融液は、フィルム押出ダイを出た後、ピンニングワイヤ114を通り過ぎて回転する注型ホイール116上で冷却される。ピンニングワイヤは、押出物を注型ホイールにピンで固定する。比較的広い範囲の角度上で透明なフィルムを形成するには、注型ホイールを比較的遅く作動させて、フィルムを厚くするだけで良い。これで、低い帯端は、可視スペクトル(700nm)の上端から遠く離れる。こうして、本発明のフィルムの色偏移を所望の色偏移に調節することができる。フィルムは、所望の光学的および機械的特性に関して決定される割合で伸長させて延伸される。長手方向の伸長はプルロール118により行われ、横方向の伸長は、たとえばテンターオーブン120内で行われるか、あるいはフィルムを同時に2軸延伸しても良い。約3〜4対1の伸長比が好ましいが、特定のフィルムには、少なくて2対1、多くて6対1の比率も適している。伸長温度は、使用する複屈折ポリマーの種類によって決まるが、ポリマーのガラス転移温度より2°〜33°(5°F〜60°F)高い温度も一般に適切な範囲である。フィルムは、一般に、テンターオーブンの最後の2つの領域122で熱硬化して、フィルムに最高の結晶度が付与され、フィルムの収縮が減少する。テンター内でフィルムが破損しない状態でできるだけ高い熱硬化温度を使用すると、加熱エンボス加工ステップでの収縮が減少する。テンターレールの幅を約1〜4%減少させても、フィルムの収縮を減少させるのに役立つ。フィルムを熱硬化させない場合は、熱収縮特性は最高になり、これは、ある種のセキュリティ包装用途に望ましい。フィルムは、巻上ロール124上に収集される。
【0070】
本発明の多層フィルムをエンボス加工して、さらに特徴および利点を提供することもできる。エンボス加工画像は、たとえば英数字にすると、貴重品の製造者または発行者の名称をフィルム上に表示できる。公印または会社のロゴもエンボス加工することができ、非常に微細な詳細を実現できる。フィルムには、たとえば適用される真空を組合わせて、雄型のみ、雄型/雌型の組合わせまたは雌型のみでエンボス加工することができる。エンボス加工ステップでは光層の層厚さを減少させるが、減少は5%を超え、約10%を超えることが好ましい。層の厚さが減少すると、未エンボス加工領域と比べたエンボス加工済み領域の色が著しく偏移するが、これは、層厚さの減少と、エンボス加工済み領域の境界におけるエンボス加工の変形効果によると考えられる。この効果は、観察角が変化すると虹の多数の色が見えるホログラムに見られる効果とは非常に異なる。図18A、18Bおよび18Cは、エンボス加工前、エンボス加工後、およびエンボス加工加工済みおよび未エンボス加工領域間の領域の本発明の多層フィルムを示す。図18Aと図18Bとの間の層厚さ全体の圧縮、並びに図18Cの波皺を有する層に注目すること。エンボス加工により、本発明の透明−シアンのフィルムはさらに顕著になり、フィルムがあるセキュリティ用途から別の用途に許可なく再利用されるのを防ぐことができる。エンボス加工ステップは、多層フィルムのポリマーのガラス転移温度を超える温度で行うことが好ましい。第3ポリマーを表皮層に使用するフィルムの場合、こうした表皮層は、エンボス加工前に取り除くか、または所望のエンボス加工温度未満のガラス転移温度を有しても良い。
【0071】
IV.その他の層および特徴
フィルムに物理的強度を追加して、加工時の問題を減少させる上記の表皮層のほか、本発明のフィルムのその他の層および特徴として、スリップ剤、低付着バックサイズ材料、導電性コーティング、帯電防止、反射防止または防曇コーティングまたはフィルム、障壁層、難燃剤、紫外線安定剤または保護層、耐摩耗材料、光コーティング、または支持体を含むと、フィルムの機械的完全性または強度を改善することができる。不連続層をフィルムに組み込むと、改竄を防止することもできる。
【0072】
V.透明−シアンフィルムのセキュリティ用途
本発明の透明−シアン多層フィルムは、貴重品を認証するシステムの構成要素として特に価値がある。このフィルムをたとえば文書に使用すると、観察者は、文書が正しく0°の観察角に保持されたときに文書を読むことができ、偏移角より大きい角度に保持されたときに、その文書が真正であるかどうかを見分けることができる。これは、たとえばパスポートに有用である。
【0073】
透明−シアン偏光子の場合、シアン色は、特に偏移角が60°より大きい場合、裸眼には目立たない。これは、正当に隠されたセキュリティシステムに望ましい。上記の偏光子から製造されるラベルは、標準のポリエステルラベルのように見えるが、偏光検証器を介して注意深く観察すると、シアン色は、偏移角より大きい角度できわめて明白になる。
【0074】
本発明の多層フィルムのもう1つの有用な用途は、たとえば消費物資用のパッケージに付着できるテープまたはラベルとしての用途である。やはり、観察者は、パッケージを約0°の観察角で見ると、パッケージに表示されている情報または画像を見ることができ、パッケージを偏移角より大きい角度で見ると、商品が偽造品ではないことを確認することができる。フィルムをテープまたはラベルとして形成する場合、接着剤は、フィルムを物体に貼付できるように、フィルムの一方の主面に塗布される。接着剤は、フィルムが偏移角より大きい角度でシアンを呈するように、透明かまたは拡散白色光散乱体であるべきである。接着剤は、感圧接着剤であることが好ましいが、ホットメルト接着剤または硬化性接着剤も考えられる。
【0075】
画像は、フィルムのどちらかの主面に適切な技術により形成することができる。インクの1つの独特な用途は、観察者から見てフィルムの下側に、おそらく他の色のほかにシアンインクを使用することである。こうした状況では、全体の印刷画像は、約0°の観察角で見ることができるが、シアンの印刷部分は、偏移角より大きい角度では隠される。比較的広い印刷領域に有用なもう1つの色は、その領域に達するすべての光を吸収するという点で黒色である。この場合、鏡面反射赤色光のみが目立つ。実際上、標準フォントサイズ(8−18ポイントタイプ)の黒色の文字は、この効果を示さない。なぜなら、隣接する白色領域が、浅い角度で十分なシアン光を散乱させて、鏡面反射赤色を「消し去る」からである。しかし、たとえば白色領域に隣接して比較的広い黒色領域を使用すると、黒色領域は赤色を呈し、白色領域はシアンを呈する。
【0076】
本発明のフィルム、またはフィルムが一部分である何らかの適切な構成に組み込むことができるその他のセキュリティの特徴としては、改竄を効果的に防止する微細穿孔、熱の付与による改竄を防止する収縮特性、剥離による改竄を効果的に防止する差異的な接着層(たとえば、米国特許第5,510,171号(Faykish)および第5,683,774号(Faykish等)に記載されているタイプのもの)、改竄の徴候を示す内部剥離特性(たとえば、1996年8月29日に提出され、許可された米国特許出願第08/705,038号「Tamper Indicating Label」(改竄表示ラベル)(Gosselin等)がある。本発明のフィルムは、任意の適切なラベル、積層品またはカード(たとえば身分証明書)にも組み込むことができる。
【0077】
本発明の透明−シアン多層フィルムは、従来の無機1/4波スタックと比べていくつかの利点を有する。第1に、このフィルムは非常に可撓性であるため、無機1/4波スタックに亀裂が入りそうな用途に使用することができる。第2に、このフィルムは、無機1/4波スタックの場合のように、少なくとも5層の材料を順次付着させることがないため、比較的安価である。第3に、本発明の多層フィルムが常に示すシアン色は、たとえば図7〜図11に示すように、p偏光の高度の反射率、並びにsおよびp偏光の帯端偏移の一致により、無機1/4波スタックの類似の色よりも強烈である。
【0078】
透明−シアン偏光子の場合、潜在的な偽造者は、色の偏移を模倣して、透明な偏光コーティングまたはフィルムを発見しようとする。1軸延伸フィルムがフィブリルに***する傾向は、この傾向自体が改竄を抑止するものである。
【0079】
可視光効果は単純な認証が可能になるが、機械による検証は分光計を使って実行可能である。特にsおよびp偏光状態のこうしたフィルムの透過スペクトルは、真正性の非常に強力な裏付けである。
【0080】
VI.実施例
本発明の特定の実施態様の製造および性能を具体的に示すため、以下の実施例を記載する。比較実施例Aは、従来の近IR反射器について記載し、実施例1〜13は本発明について記載する。
【0081】
比較実施例A
カリフォルニア州、サンクレメントのReynard Corporationがカタログ番号610で市販している鏡は、0°の観察角および60°の観察角の両方で(sおよびp偏光を別個に示す)、光の波長の関数として透過される光の量を分析して試験した。この鏡は可視光を透過したが、赤外光を反射し、等方性材料であるチタニアおよびシリカの36の層から構成した。透過スペクトルを図19に示す。Reynard Opticsの鏡の低波長帯端は、0°の観察角で720nmである。この鏡は、スペクトルから計算したCIE座標(L*=95.7、a*=−1.07およびb*=8.35)で示されるように、垂直入射でわずかに黄色を帯びる。60°の観察角では、低波長帯端はs偏光に対して約600nmに偏移し、p偏光に対して約650nmに偏移する。この鏡の可視効果は、黄色−透明から緑色−シアンへ色が比較的徐々に偏移することである。60°におけるCIE座標は、L*=88.3、a*=−25.6およびb*=21.6である。約460nmにおける2次的な反射ピークは多少の青色光を遮断し、鏡に負ではなく正のb*を与える。この鏡は非常に亀裂が入りやすく、約1平方センチメートル当たり2.80ドル(1平方インチ当たり18ドル)と非常に高価である。
【0082】
実施例1
同時押出工程を使用して、順次フラットフィルム製造ライン上で約418の層を含む多層フィルムを製造した。この多層ポリマーフィルムは、PETおよびECDELTM9967から製造したが、PETは外側層つまり「表皮」層だった。米国特許第3,801,429号に記載されているような供給ブロック法を使用して、層から層までほぼ線状層厚さ勾配を有する約209層を生成した。
【0083】
固有粘度(IV)が0.60dl/gのPETを毎時約34.0kgの速度で、ECDELTMを毎時約32.8kgの速度で供給ブロックに揚送した。同じPET押出機は、供給ブロックの後に、PETを保護境界層として押出物の両側に毎時約8kgの合計流量で供給した。次に、材料の流れは、米国特許第5,094,788号および第5,094,793号に記載されている非対称二重増倍器(乗数比約1.40)を通過した。この乗数比は、大型導管内で製造された層の平均層厚さを小型導管内の層の平均層厚さで除算した値と定義される。209の層の各集合は、全体の厚さ換算係数を乗数およびフィルム押出速度で決定して、供給ブロックで形成されたおおよその層厚さプロファイルを有する。
【0084】
ECDELTM溶融液処理機器は約250℃に維持し、PET(光層)溶融液処理機器は約265℃に維持して、増倍器、表皮層溶融液の流れおよびダイを約274℃に維持した。
【0085】
この実施例のフィルムを製造するために使用した供給ブロックは、等方性条件で最も厚い層対最も薄い層が1.3:1の割合の線状層厚さ分布になるように設計した。この実施例の割合を比較的小さくするため、熱プロファイルを供給ブロックに適用した。最も薄い層を製造する供給ブロックの部分は285℃に加熱し、最も厚い層を製造する部分は268℃に加熱した。この方法では、最も薄い層は、等温供給ブロック作業で製造されるよりも厚く製造され、最も厚い層は、等温作業で製造されるよりも薄く製造される。中間の部分は、これら2つの極限の間で線状温度プロファイルに従うように設定した。全体的な効果は、比較的狭い反射スペクトルを生じる比較的狭い層厚さ分布である。増倍器によって多少の層厚さ誤差が導入され、各反射帯域のスペクトルの特徴にわずかな差が生じる原因になる。注型ホイールの速度は、毎分6.5m(毎分21.2ft)に設定した。
【0086】
増倍器の次に、厚い対称表皮層を第3押出機から毎時約35.0kgで供給して追加した。次に、材料の流れはフィルムダイを通って水冷注型ホイール上に達する。注型ホイール上の吸込水の温度は、約7℃だった。高圧ピンニングシステムを使用して、押出物を注型ホイールにピンで固定した。ピンニングワイヤの太さは約0.17mmであり、約5.5kVの電圧を印加した。ピンニングワイヤは、注型ホイールに接触して注型ウェブの外観が滑らかになる位置で、ウェブから約3〜5mmの位置に操作者が手で配置した。注型ウェブは、従来の逐次長さ延伸機(LO)およびテンター装置により連続的に延伸した。ウェブは、約100℃で約2.5の延伸比まで長さ延伸した。フィルムは、テンター内で約100℃まで約22秒間予熱し、毎秒約20%の割合で約3.3の延伸比まで横断方向に延伸した。フィルムは、226℃に設定したオーブン領域内で約20秒間熱硬化させた。完成フィルムの最終的な厚さは、約0.08mmだった。このフィルムの透過スペクトルは、図20として記載する。
【0087】
垂直入射の帯端は、700nmの可視端部をわずかに超える720nmであり、フィルムは透明を呈した。45°では、帯端は640nm上に偏移し、フィルムはシアンを呈した。60°では、この入射角度でも多層スタックは高度に反射して、透過赤色光が全体的にないため、フィルムは明るいシアンになった。光源が1つのみの位置でこのフィルムを見ると、鏡面反射は、背景が白色の紙であっても明白(赤色)だった。フィルムを黒色の背景(光が透過しない)に重ねると、赤色は容易に見ることができた。このフィルムは所望の色の変化を示したが、層がより少なく、帯域幅がより狭いフィルムがさらに望ましい。
【0088】
実施例2
アクリル系感圧接着剤を使って実施例1のフィルムを積層し、セキュリティフィルムを作成した。次に、このフィルムを身分証明書に積層した。身分証明書上に印刷された標示および写真は、0°の観察角でフィルムを介して容易に見ることができたが、フィルムは、約30°を超える観察角から見るとシアンを呈し、観察角が大きくなるにつれて次第に濃いシアンになった。
【0089】
実施例3
アクリル系感圧接着剤を使って実施例1のフィルムをトランスファー積層してから幅5.08cm(2in)に細断し、箱を封止するテープを製造した。このテープは、Hewlett Packardのレーザプリンタカートリッジの箱に貼付して、セキュリティテープを模倣した。このテープが特異な点は、観察者に垂直な箱の面が透明なテープを示すとともに、大きい観察角では箱の別の面が見えてシアンを呈するため、箱に近づくと容易に分かる点である。このような箱入り製品の消費者または小売業者に対して、製造者が通常の透明な箱封止テープではなく透明−シアンテープのみを使用していることを知らされている場合、こうした製品の購入者は、簡単に検査しただけでこの箱入り製品が真正であるかどうかを判断することができる。
【0090】
実施例4
実施例1のフィルムを149℃(300°F)のロールと予熱プレートとの間でエンボス加工した。このフィルムの厚さは、エンボス加工領域で約3.4milないし約3.0milにした。このエンボス加工の意外な結果は、金色反射が明白になったことである。エンボス加工領域で明るい金色が観察され、観察角が浅くなるにつれて、金色がシアンまたは濃い青色に変化した。外観は金色の葉に似ていたが、(少なくともこの実施例では)まだ均一な外観ではなく、明るい赤色および緑色も明白だった。金色が青色に著しく変化し、未エンボス加工領域が透明からシアンに変化することは、透明なホログラムよりも著しく明白な検証上の特徴になった。
【0091】
実施例5
3Mが9458の商品表示で市販しているアクリル系トランスファー接着剤を使って実施例1のフィルムを、3Mが7331の商品表示で市販している予め印刷した白色ポリエステルラベルに積層し、毎分46m(毎分150ft)でダイカットしてラベルにした。1.27×2.54cm(0.5×1in)のラベルでも、色の変化は容易に分かった。
【0092】
実施例6
PETを274℃(525°F)で、Ecdelを243℃(470°F)で、224個のスロットを含む供給ブロックから押し出した。合計処理量は毎時100kg(毎時225lb)であり、合計流量の約25%は、フィルム両面のPETの表皮層に流れた。光層内の容積流量比は1:1だった。フィルムは、88℃(190°F)で長さを3.3:1、および93℃(200°F)で幅を3.8:1に延伸した。このフィルムは、テンターオーブンの最後の2つの領域内で約15秒間246℃(475°F)で熱硬化させた。こうして作製したフィルムは、反射スタックの低波長側の層が所望の数または均一性に達しなかった。このフィルムのスペクトルを図21に示す。図21では、10%の透過を示す著しい肩状部が明白である。この実施例のフィルムの色はシアンに変化したが、実施例1のフィルムに比べて比較的徐々に変化し、強度も低かった。
【0093】
実施例7
Pantoneインク色仕様317の1.5で製造されたミネソタ州、プリモスのWerneke Ink Co.の水性インクをハンドスプレッドとして実施例6のフィルム上に引いた。このインクは、フィルムを通して見ると、垂直入射で容易に分かったが、40°を超える観察角では見えにくかった。
【0094】
実施例8
PETを274℃(525°F)で、Ecdelを243℃(470°F)で224個のスロットを含む供給ブロックから押し出した。光層に使用したPETは、毎時60.5kgで、Ecdelは毎時41.5kgで押し出した。PETの表皮層は、毎時11.8kgで押し出した。注型ホイールの速度は、毎分6.5mだった。高圧ピンニングシステムを使用して、押出物を注型ホイールにピンで固定した。ピンニングワイヤの太さは約0.17mm、約5.5kVの電圧を印加した。ピンニングワイヤは、注型ホイールに接触して注型ウェブの外観が滑らかになる位置で、ウェブから約3〜5mmの位置に操作者が手で配置した。注型ウェブは、従来の逐次長さ延伸機(LO)およびテンター装置により連続的に延伸した。このフィルムは、88℃(190°F)で3.3:1の長さ、および113℃(235°F)で4.5:1の幅に延伸した。フィルムは、テンターオーブンの最後の2つの領域内で約243℃(470°F)で約17秒間熱硬化させた。こうして製造したフィルムは、反射スタックの低波長側の層が所望の数または均一性に達しなかった。このフィルムのスペクトルを図22に示す。図22では、やはり肩状部が明白である。低波長帯端は可視領域(700nm)の端部に近いため、フィルムは透明から濃いシアンに変化したが、肩状部は極度ではないため、実施例6および図21のフィルムの場合よりも明らかに迅速かつ濃いシアンに変化した。このスペクトルから計算したYxyおよびCIE L*a*b座標を、sおよびp偏光各々の座標とともに以下の表Iに示す。
【0095】
【表1】
【0096】
実施例9
実施例8のフィルムは、小球のパターンを使って毎分15m(毎分50ft)で、インラインでエンボス加工した。フィルムは、188℃(370°F)に加熱した第1鋼ロールの周囲約75%に巻き付き、ニップを通って、フィルム幅1cm当たり193N(1in当たり110lb)の110℃(230°F)に加熱したエンボス加工ロールに達し、このロールの周囲75%上に留まってから、直径7.62cm(3in)のコア上に巻かれた。エンボス加工部分は目立つ金色に着色されており、この金色は、人が0°から80°の観察角に移動するにつれてシアンに変化し、次に青色透過色に変化する。
【0097】
実施例10
実施例6のフィルムは、182℃(360°F)の予熱ロールと、様々なセキュリティシールを有する88℃(190°F)のエンボス加工ロールを使って、毎分3m(毎分10ft)で、フィルム幅1cm当たり175N(1in当たり100lb)でエンボス加工した。非常に微細なエンボス加工の細部が形成された。
【0098】
実施例11
実施例8のエンボス加工フィルムに、トルエン中の固体分1.25重量%に稀釈したポリビニル−n−カルバメート(3MのウレタンLAB RD1530)から成る低粘着性バックサイズ(LAB)を塗布した。コーティングは、0.03g/m2(25g/1000yd2)になるように行い、厚さは約125nmだった。下塗剤として塩素化ポリオレフィン(Eastman 343)を溶液の0.2重量%含んでいた。以下の感圧接着剤(PSA)の組成物をホットメルトとして199℃で、実施例6のフィルムのLABコーティングの反対側に塗布した。
SISブロックコポリマーゴムKraton 1107 100部
Wingtac Plus粘着付与剤(炭素5個) 100部
TiO2 5〜8部
Cynanox LTDP酸化防止剤 1.5部
Irganox 1076酸化防止剤 1.5部
コーティング重量は約60g/cm2だった。白色PSAは、本発明の透明−シアンフィルムに直接接触して良好な拡散散乱と、非常に明白な色の偏移とを促進する。箱封止テープの付着および強度特性は、標準のポリエステルまたはポリプロピレンテープに匹敵する。
【0099】
実施例12
実施例10のエンボス加工フィルムに、デラウェア州、ウィルミントンのDuPont de Nemours CompanyがELVAXTMの商標で市販しているエチレンビニルアセテート樹脂、およびミシガン州、ミッドランドのDow Chemical CompanyがPRIMACORTMの商標で市販しているエチレンアクリル酸樹脂を以下に記載するように押出塗布した。
樹脂 コモノマーレベル(%) コーティング厚さ(μm)
Elvax 3124 9 25
Elvax 3170 18 25
Elvax 3180 28 25
Primacor 3330 6.5 25
【0100】
紫外光を使用して、エンボス加工済み透明−シアンフィルムのポリエステル表皮層の一方に上記の層を付着させた。Citizen Printivaモデル660Cを使用して、EVAまたはEAA樹脂上に画像プリントを反転印刷した。次に、ホットメルト接着剤樹脂を含む印刷済みフィルムをパスポート帳の1ページに見当を合せて配置し、130℃で積層した。この透明−シアンフィルム積層物では、情報を容易に見ることができ、観察角が変化すると、パスポート帳のページ全体でシアンに非常に明白に偏移する。予め印刷された運転免許証上への積層も容易であり、器具を使用せずに容易に検証することができた。
【0101】
実施例13
本発明のフィルムとともに(おそらく、警察官が夜間に)使用する検証の単純な手段は、白色光を透明−シアンフィルム上に生じるフラッシュライトを点灯することである。垂直入射では、フィルムの下の印刷は明白であり、フィルムは透明に見える。拡散白色基材に積層したフィルムを偏移角を超えて傾斜させると、鏡面反射と交差する位置に保持された紙片上に、赤色ビームが容易に観察される。
【0102】
実施例14
224の層を含む同時押出フィルムを、同時押出工程により、逐次フラットフィルム製造ラインで製造した。この多層ポリマーフィルムは、Eastman Chemical Companyが市販している固有粘度0.48dl/gのポリエチレンナフタレート(PEN)(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)と、Ashland Chemical CompanyがCP82の表示で市販しているポリメチルメタクリレート(PMMA)から製造され、PENを外側層つまり「表皮」層として形成した。米国特許第3,801,429号に記載されているような供給ブロック法を使用して、約224の層を形成した。これらの層は、水冷注型ホイール上に同時押し出しして、従来の逐次長さ延伸機(LO)およびテンター機で連続延伸した。PENは、一方の押出機により毎時38.3kgの速度で供給し、PMMAは、他方の押出機により毎時30.1kgの速度で供給した。これらの溶融液の流れを供給ブロックに方向付けて、PENおよびPMMAの光層を形成した。供給ブロックは、PENの層とPMMAの層とが1つおきになっている224の層を形成し、PENの2つの外側層は、供給ブロックを通して保護境界層(PBL)として役立つようにした。PMMA溶融処理機は約249℃に維持し、PEN溶融処理機、供給ブロック、表皮層モジュールは約274℃に維持し、ダイは約282℃に維持した。各々の材料について、供給ブロックにはほぼ線状層厚さ勾配を計画し、最も薄い層に占める最も厚い層の割合を約1.31にした。
【0103】
供給ブロックの後、第3押出機は、IVが0.48のPENを表皮層(光層の流れの両側に同じ厚さ)として毎時約17.3kgで供給した。次に、材料の流れはフィルムダイを通過して、入口の水温が約7℃の水冷注型ホイール上に達した。高圧ピンニングシステムを使用して、押出物を毎分4.3mの注型ホイールにピンで固定した。ピンニングワイヤの太さは約0.17mmであり、約5.5kVの電圧を印加した。ピンニングワイヤは、注型ホイールに接触する位置でウェブから約3〜5mmの位置に操作者が手で配置した。
【0104】
注型ウェブは、約130℃で、約3.8:1の延伸比で長さ方向に延伸した。テンター内では、延伸する前に約140℃までフィルムを約9秒間予熱してから、約140℃で、毎秒約60%の割合で約4.5:1の延伸比まで横断方向に延伸した。完成フィルムの最終的な厚さは約0.05mmだった。光スペクトルを図23に示す。反射帯域は0°と60°の両方で強く、s偏光とp偏光両方の低波長帯端は一致する。その結果、透明からシアンへの急激な変化、および例示的なフィルムすべての最も濃いシアンが助長される。p偏光の帯端は、10nmの間隔で透過率50%から透過率10%に変化する。このスペクトルから計算したYxyおよびCIE L*a*b色座標を表IIに記載する。やはり、s偏光およびp偏光両方の色座標を記載する。
【0105】
【表2】
【0106】
実施例15
PENは、毎時81lb(毎時37kg)の速度および525°F(274℃)の温度で224層供給ブロック内に供給した。70%のナフタレートと30%のイソフタレートとのコポリエステルおよびエチレングリコールは、表皮層については毎時117lb(毎時53kg)の速度および540°F(282℃)、光層については毎時115lb(毎時52.3k)および525°F(274℃)の温度で供給した。供給ブロックの温度は555°F(290℃)に維持した。このウェブを毎分20mで注型し、154℃のテンターオーブン内で6:1の延伸比で延伸して、シアン偏光子フィルムを形成した。
【0107】
このフィルムは、白色拡散背景に積層した後、透過させて観察するかまたは反射させて観察すると裸眼で透明からシアンを呈した。第2の(自然)偏光子を介して、この偏光子の透過軸線を実施例のフィルムの透過軸線に対して90°にしてフィルムを観察すると、シアンがより鮮明になり、自然偏光子を回転させて、この自然偏光子の透過軸線を偏光子フィルムの透過軸線に平行にすると、白色光が透過された。図24は、延伸方向に平行な入射光、およびこれらのフィルムに対して0°から60°の非延伸方向に平行な入射光の電界に関する透過スペクトルを示す。電界が延伸方向に平行な入射の0°から60°における約120nmの反射帯域の偏移、および電界が非延伸方向に平行な場合にピークがないことに注目のこと。このスペクトルから計算したYxyおよびCIEL*a*b色座標を以下の表IIIに記載する。
【0108】
【表3】
【0109】
本発明の様々な実施態様は、当業者にとって明白である。したがって、本発明の範囲は、以下の請求の範囲によってのみ制限される。
【0110】
本発明について、図面に関して説明する。図中、類似の参照符号は、様々な図面全体で類似の構造を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】 観察者がフィルムに対する2点で観察する場合の本発明による多層フィルムの作用の略図を示す。
【図2】 本発明による多層フィルムの斜視図である。
【図3】 成形フィルムサンプルに関連する透過スペクトルである。
【図4】 成形フィルムサンプルに関連する透過スペクトルである。
【図5】 観察角CIE L*a*b*色座標のグラフである。
【図6】 成形フィルムサンプルに関連する透過スペクトルである。
【図7】 成形フィルムサンプルに関連する透過スペクトルである。
【図8】 観察角CIE L*a*b*色座標のグラフである。
【図9】 観察角CIE L*a*b*色座標のグラフである。
【図10】 成形フィルムサンプルに関連する透過スペクトルである。
【図11】 成形フィルムサンプルに関連する透過スペクトルである。
【図12】 成形フィルムサンプルに関連する透過スペクトルである。
【図13】 帯端と観察角との間の関係の図式表現である。
【図14】 帯端と観察角との間の関係の図式表現である。
【図15】 帯端と観察角との間の関係の図式表現である。
【図16】 角度の変化による色の遷移を示す透過スペクトルである。
【図17】 本発明の多層フィルムを製造するための製造工程の略図である。
【図18A】 本発明の多層フィルム上にエンボス加工を施す効果を示す。
【図18B】 本発明の多層フィルム上にエンボス加工を施す効果を示す。
【図18C】 本発明の多層フィルム上にエンボス加工を施す効果を示す。
【図19】 実施例に関連する透過スペクトルである。
【図20】 実施例に関連する透過スペクトルである。
【図21】 実施例に関連する透過スペクトルである。
【図22】 実施例に関連する透過スペクトルである。
【図23】 実施例に関連する透過スペクトルである。
【図24】 実施例に関連する透過スペクトルである。
Claims (7)
- 少なくとも第1ポリマー層と第2ポリマー層とが繰り返す複数の層から成る多層フィルムであって、0°の観察角で実質的に無色透明(clear)に見え、所定の偏移角より大きい少なくとも1つの観察角で着色されているように見え、前記多層フィルムは360nm〜450nmの光学厚さを有する一連のポリマー層対を含む、多層フィルム。
- 少なくとも第1ポリマー層と第2ポリマー層とが繰り返す複数の層から成る多層フィルムであって、前記多層フィルムは、(1)0°の観察角で実質的にすべての入射可視光を透過し、720〜900nmの波長を有する光を反射し、(2)所定の偏移角より大きい少なくとも1つの観察角で、赤色光の選択された部分を除く実質的にすべての可視光を透過するように、360nm〜450nmの光学厚さを有する一連のポリマー層対を含む、多層フィルム。
- 少なくとも第1ポリマー層と第2ポリマー層とが繰り返す複数の層から成る多層フィルムであって、0°の観察角でいずれかの偏光状態の光について実質的に無色透明(clear)に見え、所定の偏移角より大きい少なくとも1つの観察角で、1つの偏光について着色されているように見えるとともに、他の偏光について無色透明(clear)に見え、前記多層フィルムは360nm〜450nmの光学厚さを有する一連のポリマー層対を含む、多層フィルム。
- 前記フィルムが、所定の偏移角より大きい少なくとも1つの観察角でシアンを呈する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 前記第1ポリマーが、ポリエチレンテレフタレートおよびPENから成る群から選択され、前記第2ポリマーが、シクロヘキサンジメタノール、ポリテトラメチレンエーテルおよびシクロヘキサンジカルボン酸のコポリエステル、PETG、並びにナフタレンジカルボン酸、イソフタル酸、テレフタル酸またはセバシン酸のコポリエステルから成る群から選択される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 前記フィルムが物品に付着される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 前記フィルムがエンボス加工部分を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の多層フィルム。
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