具有单独构图的各向异性的元件的快速生成
阅读：1030发布：2021-02-15
专利汇可以提供具有单独构图的各向异性的元件的快速生成专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及允许生产具有单独构图的 各向异性 性能的元件的装置，其中该图像在不同元件上发生变化。根据本发明的装置包括基底用载体和提供具有第一偏振面的空间调制的 配向 光的曝光单元，其中该曝光单元含有 光源 ，可 电子 控制，例如通过计算机控制的空间光 调制器 ，和投影透镜。本发明此外涉及使用这一装置，快速生产具有单独构图的各向异性性能的元件的方法。，下面是具有单独构图的各向异性的元件的快速生成专利的具体信息内容。
1.用于生产具有单独构图的各向异性性能的元件的装置(30，40，60，70，90)，它包括：
基底用载体(37，47,64，65，74，75)和
提供具有第一和第二偏振面的空间强度调制的配向光的曝光单元(10，20，31，41，61，
71)，其中该曝光单元含有
光源(11，22)，
可电子控制的空间光强度调制器(12，21)，
偏振器，和
投影透镜(13，23)，
其中偏振器排列在空间光强度调制器和该载体上的基底设计位置之间和可电子控制偏振面的改变。
2.权利要求1的装置，它包括提供偏振光的额外光源(42，62，72)。
3.权利要求1的装置，它另外包括涂布或印刷单元(33，34，43，44，76，77)。
4.权利要求1的装置，它另外包括加热基底的构件(35，45，78，79)。
5.权利要求1的装置，它另外包括净化单元(82)。
6.前述任何一项权利要求的装置用于生产具有构图的各向异性性能的元件的用途。
7.快速生产具有单独构图的各向异性性能的元件的方法，该方法包括下述步骤：
提供含可光配向的材料的层和
将根据权利要求1的装置中的含可光配向的材料的层暴露于所述曝光单元(10，20，31，
41，61，71)的具有第一偏振面的空间强度调制的配向光下,
其中SLM的寻址使得具有第一偏振面的投影的SLM光至少代表在某些区域内在含可光配向的材料的层上的灰度图案，
将该含可光配向的材料的层暴露于也由所述曝光单元提供的具有第二偏振面的空间强度调制的配向光下，其中第二偏振面中投影的SLM光代表与在第一偏振面中投影的SLM光在含可光配向的材料的层上在相同的位置处但具有不同的灰度强度梯度的相同图案。
8.权利要求7的方法，其中与第一偏振面投影的图案的灰度相比，第二偏振面投影的图案的灰度颠倒。
9.权利要求7的方法，其中在含可光配向的材料的层暴露于所述曝光单元的配向光下的过程中，所述曝光单元(10，20，31，41，61，71)的投影区域和基底(63，73)相对于彼此移动，且让SLM(12，21)寻址，使得待投影到含可光配向的材料的层上的图案横跨SLM的像素滚动。
10.权利要求7的方法，其中所述曝光单元的空间强度调制的配向光倾斜入射在含可光配向的材料的层上。
11.权利要求7的方法，其中含可光配向的材料的层另外暴露于倾斜入射的偏振或未偏振的光化光下。
12.权利要求7的方法，其中存在含可光配向的材料的层的吸收系数大于200[1/cm]的在350nm-420nm范围内的至少一个波长。
13.权利要求12的方法，其中存在含可光配向的材料的层的吸收系数大于2000[l/cm]的在350nm-420nm范围内的至少一个波长。
14.权利要求13的方法，其中存在含可光配向的材料的层的吸收系数大于20000[l/cm]的在350nm-420nm范围内的至少一个波长。
15.权利要求7的方法，其中在随后的步骤中，在辐照过的含可光配向的材料的层之上施加从属材料。
16.权利要求15的方法，其中从属材料是液晶聚合物材料。
17.权利要求15或16的方法，其中在额外的步骤中，由从属材料中除去非聚合的材料。
18.权利要求7-17任何一项的方法生产的元件在光学和/或光电器件中的用途。
19.权利要求7-17任何一项的方法生产的元件用作光学安全元件的用途。
具有单独构图的各向异性的元件的快速生成
技术领域
[0001] 本发明涉及快速生产具有单独构图的各向异性性能的元件的方法与装置。
背景技术
[0002] 具有构图的各向异性性能的元件例如称为光学元件，它包括具有局部不同光轴方向的含聚合或交联的液晶的层。这些层例如通过施加可交联的液晶材料到配向层之上而制备，所述配向层显示出局部不同的配向方向。液晶材料采用下面的配向层的局部配向方向，然后交联，以固定该取向。
[0003] 可容易地通过光配向技术制备具有局部不同配向方向的配向层，其中对光的偏振敏感的材料层将暴露于线性偏振光下。通过改变光的偏振方向，实现构图的配向以供暴露于光配向层的不同区域下。例如，在US7'375'888中，这通过在随后的曝光步骤中，通过不同的光掩模覆盖一部分光配向层来进行。
[0004] 原则上可以采用以上方法，通过使用具有各自信息的单独的光掩模，生产具有单独构图的各向异性性能的元件，例如以上所述的光学元件。然而，这一方法几乎不可应用到大体积的生产上。
发明内容
[0005] 本发明的一个目的是提供允许生产具有单独构图的各向异性性能的元件的装置，其中该图案在元件上可以彼此不同。本发明的另一目的是提供快速生产这种元件的方法。
[0007] 在本申请的上下文中，可光配向的材料是对光的偏振敏感的材料，且当暴露于合适波长的偏振光下时，可在其内诱导各向异性性能。另外，使用术语光配向材料是指通过暴露于配向光下而已经配向的可光配向的材料。
[0008] 在可光配向材料内诱导的各向异性可进一步转移到与可光配向材料接触的从属材料(slave material)上。结果，从属材料也可显示出各向异性性能。可混合从属材料与可光配向材料，之后将其暴露于偏振光下或者使之与光配向材料的表面接触。
[0009] 在本申请的上下文中，"从属材料"应当是指当与光配向材料接触时具有建立各向异性能力的任何材料。光配向材料内和从属材料内的各向异性的性质可以彼此不同。例如，从属材料可显示出对于可见光的光吸收的各向异性和因此可充当偏振器，而光配向材料的各向异性可仅仅与分子取向有关。例如在共聚物内也可存在对配向光不敏感但由于与光敏部分相互作用导致产生各向异性性能的可光配向的材料的部分，所述光敏部分当暴露于配向光下时经历光反应。这一材料显示出可光配向的材料和从属材料的性能，但应当包括在可光配向的材料的含义内。
[0010] 从属材料可包括可聚合和/或不可聚合的化合物。在本申请的上下文中，术语“可聚合”和“聚合的”应当分别包括“可交联”和“已交联”的含义。同样，“聚合”应当包括“交联”的含义。
[0011] 优选地，从属材料是自组装材料。更优选的是从属材料是液晶材料，和尤其优选的是，从属材料是液晶聚合物材料。
[0012] 在本申请的上下文中使用的液晶聚合物(LCP)材料应当是指液晶材料，它包括液晶单体和/或液晶低聚物和/或液晶聚合物和/或已交联的液晶。在液晶材料包括液晶单体的情况下，可聚合这些单体，典型地在由于与光配向材料接触导致LCP材料内产生各向异性之后。可通过热处理或者通过暴露于光化光(它优选包括uv-光)下，引发聚合。LCP-材料可由单一类型的液晶化合物组成，但也可以是不同的可聚合和/或不可聚合化合物的组合物，其中并非所有化合物必须是液晶化合物。进一步地，LCP材料可含有添加剂，例如光引发剂或各向同性或各向异性荧光和/或非荧光染料。
[0013] 在本申请的上下文中，含可光配向的材料的层也称为光控制的分子取向(LCMO)层，不管它是否已经暴露于偏振光下与否。因此，在本文中使用的LCMO层可不具有各向异性性能，只要它没有暴露于偏振光下，且在暴露于偏振光下之后具有各向异性性能即可。典型地，LCMO层可以是施加到基底上的薄层。也可能的是LCMO层是厚的且足够机械稳定，使得它可在没有额外基底的情况下可被操控。在后一情况下，LCMO层还具有基底的功能。
[0014] 在本申请的上下文中，术语"配向光"应当是指可在可光配向的材料内诱导各向异性且至少部分线性或椭圆偏振的光。优选地，配向光是偏振度大于5:1的线性偏振光。配向光的波长、强度和能量随可光配向的材料的光敏度而选择。典型地，波长在UV-A,UV-B和/或UV-C范围内或者在可见光范围内。优选地，配向光包括波长小于450nm的光。更优选配向光包括波长小于420nm的光。
[0015] 若配向光线性偏振，则配向光的偏振面应当是指由配向光的传播方向和偏振方向确定的平面。在配向光椭圆偏振的情况下，偏振面应当是指由光的传播方向和由偏振椭圆的主轴确定的平面。
[0016] 根据本发明的第一方面，提供生产具有单独地构图的各向异性性能的元件用装置，该装置包括：
[0017] -基底用载体和
[0021] -投影透镜(projection lens)。
[0022] 这一装置允许按序提供空间调制的配向光用不同图案以供辐照LCMO层，以便在没有使用光掩模的情况下生成构图的各向异性。由于空间光调制器可通过电子控制，因此可能的是快速提供空间调制的配向光的不同图案，从而使得快速且自动生成具有单独构图的信息的元件变得可行。
[0023] 优选地，基底用载体可或者逐步或者连续或者用这两种方式移动基底。可例如针对单片基底设计载体以供间歇加工，或者它可传输挠性基底以供连续加工，例如卷到卷地(from reel to reel)加工。连续加工的装置可配有缓冲器系统，所述缓冲器系统允许在曝光单元的位置处局部终止移动基底，而基底仍然在装置的其他部分内移动。
[0024] 在本申请的上下文中所使用的术语基底平面(substrate plane)应当是指在其中它暴露于曝光单元中空间调制的配向光下的位置处，引入到基底顶表面内的平面。当基底不是装置的一部分时，该基底平面是对于当要辐照期望的基底时的情形而言的假想平面。
[0025] 在本申请的上下文中，光的空间调制是指光强度的调制。
[0026] 可使用任何种类的空间光调制器(SLM)，空间调制配向光。优选地，SLM是透射式液晶显示器(LCD)或反射式LCD，例如在硅上的液晶(LCOS-)显示器，数字镜像器件(digital mirror device)(DMD)或有机发光二极管(OLED)显示器。
[0027] 本申请中所使用的SLM应当包括生成空间调制的光要求的任何光学或电子构件(means)。例如，若使用LCD或LCOS-显示器作为SLM，则SLM还包括合适的偏振器以供入射光偏振并分别分析透射或反射的光，以便生成所需强度的调制。
[0028] 术语"SLM-光"应当是指通过SLM空间调制过且沿着所需的投影方向传播的光。换句话说，SLM-光包括仅仅辐照可光配向的材料所需的光。例如，从DMD的微镜偏转到吸收器上的光不包括在"SLM-光"的含义内。
[0029] 可在光源和待辐照的基底位置之间的光路上的任何点处进行光的偏振。偏振或者改变光的偏振状态的构件可以位于光源和空间光调制器之间和/或空间光调制器和基底之间的任何地方。还可能的是光源发射偏振光。
[0030] 原则上，可使用提供所需波长范围内的光的任何类型的光源，只要光源的物理尺寸使得它们与曝光单元的光学系统相容即可。优选地，光源是高压或超高压汞灯或发光二极管(LED)。空间光调制器可以自发射且可基于有机发光二极管(OLED)。在这一情况下，光源被视为空间光调制器的一部分。优选地，光源发射波长小于450nm的光。更优选的是光源发射波长范围为350nm-420nm的光。
[0031] 优选地，SLM具有可寻址(addressable)单元的矩阵，例如在商业数字显示器或投影仪中使用的那些。这些单元通常称为像素。然而，根据本发明的SLM应当不限于矩阵类型的SLMs，但SLM可包括可寻址单元的任何形状和排列。在本申请的上下文中，共同地使用术语"像素"指代这些可寻址单元，而与它们的形状或排列无关。
[0032] 在本申请的上下文中，术语"SLM曝光单元"应当是指可提供空间调制的配向光且含有光源，投影透镜和空间光调制器的曝光单元。
[0033] SLM曝光单元不应当限于其中诸如光源，SLM,投影透镜和偏振构件之类的组件位于共同的外壳内的构造。这些组件可物理地分离，但其排列使得它们一起提供SLM曝光单元的功能，而不是位于共同的外壳内。例如，提供配向光偏振的偏振器应当被视为SLM曝光单元的一部分，即使光源和SLM排列在一个外壳内，和偏振器在该外壳的外侧，且例如靠近基底平面定位。
[0034] 在优选的实施方案中，该装置包括提供具有第二偏振面的配向光用构件。可通过额外的偏振光源(它也可以是SLM曝光单元)，提供具有第二偏振面的配向光，和/或SLM曝光单元可提供具有第一和具有第二偏振面的配向光。
[0035] 根据本发明的装置可进一步包括施加LCMO-层和/或从属材料(它优选是LCP-材料)层的涂布或印刷单元。理想地，该装置包括两个涂布或印刷单元，其中一个用于施加LCMO-层和另一个用于施加从属材料(它优选是LCP-材料)。
[0036] 根据本发明的装置可进一步包括基底操控系统，它拾起(pick up)并运输基底到不同的加工段。
[0037] 优选地，根据本发明的装置包括增加基底温度和在其顶部上的涂层的加热段。
[0038] 该装置可进一步含有光源，光源提供光化光以供例如在从属材料内引发聚合反应。
[0039] 根据本发明的第二方面，提供快速生产具有单独构图的各向异性性能的光学元件的方法，该方法包括：
[0040] -提供LCMO层，和
[0041] -将该LCMO层暴露于SLM曝光单元中的空间调制的配向光下，其中通过电子控制的空间光调制器生成光的空间调制。
[0042] 优选地，可光配向的材料对300-450nm波长范围内的光敏感，更优选它对350-420nm波长范围内和最优选范围为380-410nm的光敏感。
[0043] 在本发明的优选方法中，LCMO层包括从属材料，其中通过与可光配向的材料接触，可产生各向异性。优选地，从属材料是LCP材料。在暴露于配向光之中和/或之后，加热LCMO层有助于在从属材料内产生各向异性。任选地，该方法还包括在从属材料内通过热处理或者暴露于光化光下，引发聚合的步骤。
[0044] 在本发明的另一优选方法中，施加从属材料到辐照过的LCMO层的顶部。优选地，从属材料是LCP材料。加热从属材料层有助于在从属材料内产生各向异性。任选地，该方法还包括在从属材料内通过热处理或者暴露于光化光下，引发聚合的步骤。
[0045] 若转换SLM中的所有像素使得相应的SLM-光具有针对每一像素最大的强度，则投影到基底表面上的配向光的强度的空间分布可能不均匀。这例如可通过光源或者投影光学系统的几何形状引起。为了使强度分布均匀，与最大发射相比，来自SLM的每一像素的发射可能下降。为了补偿不均匀度，通过寻址SLM，由光学装置和空间调制光引起的空间强度变化不应当被视为在本发明意义上光的调制。因此，对于每一像素来说，定义了接通状态和断开状态，这分别对应于在操作中使用的最高和最低强度水平。因此，接通状态应当定义为100％的光强度，尽管它没有对应于例如由于校正导致的最大可能的光强度。
[0047] 通过附图，进一步阐述本发明。要强调，各种特征不必然按照比例画出。
[0048] 图1a显示出处于断开状态下的具有像素的SLM。
[0049] 图1b显示出处于接通状态和处于断开状态下的具有像素的SLM。
[0050] 图2a示出了具有LCD作为SLM的SLM曝光单元。
[0051] 图2b示出了具有DMD作为SLM的SLM曝光单元。
[0052] 图2c示出了具有LCD作为SLM和具有额外的偏振面的提供配向光的元件的SLM曝光单元。
[0053] 图3是根据本发明的装置，其中载体可沿着一个方向移动。
[0054] 图4示出了对于自动的盒到盒生产(cassette to cassette production)来说，具有机械手的装置。
[0055] 图5示出了对于卷到卷的生产(reel to reel production)来说，根据本发明的装置。
[0056] 图6示出了另外配有涂布单元的卷到卷的生产装置。
[0058] 图8示出了生成移动图像效果的例举图案。
具体实施方式
[0059] 根据本发明的方法与装置允许通过在LCMO层的表面上投影空间调制的配向光，快速生成具有单独构图的各向异性性能的元件。
[0060] 根据本发明的一个方面，提供配有基底用载体，曝光单元的装置，所述曝光单元包括空间光调制器用以提供具有第一偏振面的空间调制的配向光。该曝光单元包括光源，投影透镜，和可通过电子，例如通过计算机控制的空间光调制器。
[0061] 在本申请的上下文中基底用载体可以是任何机械部件，它可携带，操控或运输基底。例如，它可以是简单的基底保持器，在所述基底保持器上可放置一个或更多个基底，为的是在间歇工艺中，将基底暴露于SLM曝光单元中的空间调制的配向光下。该载体也可以是可移动的基底保持器，所述可移动的基底保持器可移动到该装置的不同加工段中。载体的高级版本，例如机械手可另外拾起基底且可移动基底到不同的加工段，优选电子控制，例如通过计算机控制。术语载体还包括基底运输系统，例如连续生产装置的卷，例如在卷到卷的生产设备中。
[0062] 图1示出了具有以矩阵排列的像素2的SLM1。在图1a中的像素处于断开状态，这意味着相应的SLM光强度最低和相应地所有像素用黑色描绘。
[0063] 在图1b中，SLM1的像素2被寻址，以显示黑白格图像，其中像素3转换成接通状态，和像素4处于断开状态。
[0064] 一般地，像素可具有任何形式，且不必须在矩阵内排列。图1a和1b中的SLM代表任何类型的SLM。它可例如是透射式或反射式LCD，例如在硅上的液晶(LCOS-)显示器，DMD或OLED显示器。为了简单起见，仅仅示出了SLM中的像素，和没有示出SLM中的其他部分，例如电路或偏振元件，在LCD-SLMs情况下后者是要求的，以便提供偏振光并将偏振状态的空间变化转化成光强度的空间变化。
[0065] 为了使从光源中发射的光产生偏振，可使用适合于所需波长范围的任何类型的偏振器，例如线栅偏振器，棱镜偏振器，Brewster型偏振器，多层干涉偏振器或吸收偏振器，例如染料型或碘基偏振层板。光源本身可发射偏振光，使得取决于SLM的类型，可能不要求额外的偏振器。
[0066] 图2a示出了SLM曝光单元10的第一实例，它包括光源11，透射式LCD作为SLM12和投影透镜13。操作LCD作为SLM所要求的偏振元件被认为是SLM的一部分且没有显示。尽管被视为SLM的一部分，但偏振元件不一定与LCD物理接触。LCD的入口偏振片(entrance polarizer)可以在光源11和LCD 12之间的任何地方，但也可层压到LCD上。还可能的是，替代单独的偏振器，光源发射偏振光。出口偏振片可以在LCD和SLM曝光单元的焦平面之间的任何地方。例如，出口偏振片可以连接到LCD上，但它也可在SLM曝光单元的任选外壳的外侧，甚至靠近待辐照的基底的位置。
[0067] 若反射式LCD用作SLM，则与图2a中阐述的相比，改变光源的位置，和偏振元件作为SLM的一部分可以是对于反射式LCDs，例如偏振光分光镜来说更加特异的。
[0068] 在LCD用作SLM的情况下，SLM光已经被偏振，结果SLM曝光单元提供具有第一偏振面的空间调制的配向光。
[0069] 图2b示出了SLM曝光单元20的第二实例，它包括DMD作为SLM21，光源22，投影透镜23和偏振器24。偏振器可以是以上所述的任何类型且可以位于从光源到待暴露于配向光下的基底的光路上的任何地方。图2b的SLM曝光单元提供具有第一偏振面的空间调制的配向光。
[0070] 在优选的实施方案中，SLM曝光单元可按序提供具有第一和具有第二偏振面的配向光。更优选的是可按序提供具有多个偏振面的配向光的SLM曝光单元。可通过可在不同方向上调节的偏振元件，或者通过可改变偏振光的偏振面的无源或有源光学元件，例如无源光学延迟器或LCDs，实现提供大于一个偏振面。第一偏振面和第二或进一步的偏振面之间的角度的优选范围是35°-55°和80°-100°，但同样可使用任何其他角度，这取决于待生成的所需的配向图案。优选地，可以例如通过计算机自动控制提供第二或多个偏振面的这一构件。这允许自动进行第一，第二和甚至多次辐照，其中每一次采用不同的偏振面和配向光的不同的空间调制图案，优选通过计算机来控制。
[0071] 对于提供第二或多个偏振面的配向光来说，偏振器可以是可移动和/或可旋转的。例如，可存在两种或更多种偏振器，其中调节每一个以提供不同的偏振方向，或者可使偏振器移动出入待偏振的光的光路。不同的偏振器可以是单独的小片或者可一体化成单一的器件，使得两个或更多个区域显示出不同的偏振方向。例如，显示出具有不同偏振方向的偏振区域的挠性基底的末端可被固定在一起，形成无端回线。可以定位并旋转具有偏振区域的这一无端基底，使得不同的偏振区域例如周期性移动出入光路，以便按序提供具有不同偏振平面的配向光。与移动不同偏振器和/或偏振区域不同，可在可旋转段上安装偏振器。这允许旋转偏振器，按序提供不同的偏振平面。作为一个实例，在图2b中描绘的SLM曝光单元中的偏振器24可以是可旋转的，以便改变偏振方向。因此，SLM曝光单元20也可提供具有第二或多个偏振面的光。优选地，移动和/或旋转偏振器和/或偏振区域通过电动机驱动。有利地，电动机可通过电子控制。优选地，移动和/或旋转偏振器与SLM生成图像电子同步。
[0072] 若LCD用作SLM，例如在图2a中的SLM12，则对于将空间调制的偏振状态转化成空间调制的光强度来说，要求SLM的出口偏振片。当然可能的是旋转出口偏振片，以便改变配向光的偏振面，但这可能负面影响配向光的空间调制和/或强度。因此，优选的是，相对于LCD，固定偏振元件的偏振方向，所述偏振元件就功能来说是SLM的一部分。
[0073] 为了提供具有第二偏振面的光，可在LCD-SLM后，在光路内引入额外的偏振器。然而，由于来自SLM的光已经被偏振，因此，配向光的强度下降，若SLM出口偏振片的偏振方向和额外的偏振器的偏振方向不一致的话。若额外的偏振器的偏振方向垂直于SLM出口偏振片的偏振方向，则来自于SLM的光甚至完全被阻止。根据本发明的优选实施方案，具有透射式或反射式LCD作为SLM的SLM曝光单元进一步包括消偏振元件和额外的偏振器。本文中所使用的消偏振元件在与SLM光的传播方向垂直的平面内应当具有减少或除去偏振各向异性的功能。消偏振元件可以例如是光学延迟器，尤其四分之一波延迟器，它将线性偏振光转化成圆形偏振光，后者在与SLM光的传播方向垂直的平面内不具有偏振各向异性。消偏振元件的其他实例是光学扩散器，多晶材料，或随机取向的液晶。额外的偏振器在没有降低配向光的强度的情况下，然后可设定为不同的偏振方向，优选通过电子控制，以便提供如上所述的具有第二或多个偏振面的配向光。
[0074] 在图2c中阐述了一个实例，其中SLM曝光单元10中的SLM12是透射式LCD。除了图2a的曝光单元以外，图2c的曝光单元包括消偏振元件15和额外的偏振器14。偏振器14可设定为不同方向，以便提供空间调制的配向光。
[0075] 正如以上已经提及的，SLM曝光单元不要求外壳。因此，在图2a-2c中所示的外壳不应当暗含任何限制。
[0076] 根据本发明的优选实施方案，SLM曝光单元包括光学或光电元件，它可改变偏振光的偏振面。这一元件可定位在偏振光到待暴露的基底的路径内的任何地方。例如，在图2a中的曝光单元内，它可位于SLM12之后的光路内，和在图2b中的曝光单元内，它可位于偏振器24之后的光路内。因此，可在没有设定偏振元件的偏振方向为不同方向的情况下，按序提供具有第二或多个偏振面的光。
[0077] 对于这一目的来说，无源光学元件可以例如是光学延迟器，它是可移动和/或可旋转的。例如，光学延迟器可移动出入偏振光的路径内，以便改变其偏振平面。还可能的是使用两个或更多个具有不同配向的光轴方向的光学延迟器，所述光学延迟器或者可移动到偏振光的路径之内。这一延迟器可以是单独的小片或者可以一体化成单一的器件，使得两个或更多个区域显示出具有不同光轴方向的光学延迟。例如，显示出具有不同光轴方向的延迟区域的挠性基底的末端可被固定在一起，形成无端回线。可以定位并旋转具有不同延迟区域的这一无端基底，使得不同的延迟区域例如周期性移动出入光路，以便按序提供具有不同偏振平面的配向光。与移动不同延迟器和/或延迟区域不同，可在可旋转段上安装延迟器。这允许旋转延迟器，按序提供不同的偏振平面。优选地，移动和/或旋转延迟器和/或延迟区域通过电动机驱动。有利地，电动机可通过电子控制。优选地，移动和/或旋转延迟器与SLM生成图像电子同步。优选地，无源光学元件包括串联的半波延迟器或四分之二波延迟器，它们优选相对于彼此是可移动和/或可旋转的。
[0078] 改变偏振光的偏振面的合适的光电元件例如是不具有偏振器的液晶(LC)单元，其中通过施加电压到液晶单元的电极上，改性液晶的构造和/或有效的双折射。取决于液晶单元的类型和构造，偏振光的偏振状态和/或偏振方向二者均通过穿过液晶单元而改变。例如，若液晶单元为扭曲向列型和入射光线性偏振，则穿过液晶单元的偏振方向没有变化，只要通过施加电压到该单元上，液晶转换成垂直构造即可。然而，若没有施加电压到液晶单元上，则液晶形成扭曲构造，所述扭曲构造使入射的偏振光的偏振方向旋转扭曲角，条件是该单元满足波导条件且该单元相对于入射光的偏振方向合适地配向。类似地，可使用垂直配向(VA)类型的LC-单元。VA-LC-单元没有影响光的偏振状态，只要没有施加电压到该单元上即可。一旦施加电压到该单元上，则液晶转换成不同的构造，使得液晶单元变为入射偏振光的双折射。若合适地选择该单元参数和电压，则偏振光的偏振面在穿过该单元时会变化。优选地，VA LC-单元充当半波延迟器，当施加电压改变光的偏振面时。
[0079] 可使用其他电子或磁可控的构件替代液晶单元，例如使用磁-光学法拉第效应，以改性光的偏振方向。
[0080] 若光电元件用于改变偏振光的偏振面，则可避免机械调节偏振器或者无源偏振旋转元件，例如延迟器，且在不同偏振面之间的转换快速得多。
[0081] 在本发明的优选实施方案中，SLM曝光单元包括DMD作为SLM和两个光源，从而提供SLM照明的光，其中来自于两个光源的光分别在两个不同的偏振面内偏振，之后它到达SLM处。对于该目的来说，光源本身可提供偏振光或者可在光源和SLM之间的光路内排列偏振器。两个光源的光可以例如按序照明SLM。施加到SLM上的图案可以同步地变化，使得曝光单元可按序提供具有不同图案和偏振方向的空间调制的配向光。优选地，用于SLM照明的来源(origin)在第一和第二光源之间周期性变化，使得在到达SLM处的光的偏振方向周期性变化。这可例如通过交替地阻断来自第一和来自第二光源的光，例如通过机械或光电遮光器来进行。替代交替阻断来自两个光源的光，可交替，例如周期性地转换光源为接通和断开状态。优选地，LEDs用于两个光源。
[0082] 在本发明的另一优选实施方案中，该装置包括额外的偏振光源，从而提供第二偏振面配向光。
[0083] 优选地，额外的偏振光源也是SLM曝光单元。从两个SLM曝光单元中发射的配向光的偏振面可以彼此相同或不同。优选地，排列SLM曝光单元，使得两个曝光单元的投影(projection)区域彼此重叠，且可以是相同的。这允许同时或按序暴露一层在两个曝光单元的配向光下，且没有移动基底或基底用载体。
[0084] 在本发明的另一优选的实施方案中，该装置包括两个SLM曝光单元，其中排列它们中的一个或二者，使得各自的配向光以斜角投影在基底平面上，以便在LCMO层内诱导倾斜角。优选地，这两个曝光单元的配向光以斜角投影在基底平面上，且来自两个曝光单元的配向光的入射面彼此平行或者彼此一致。对于这一实施方案来说，优选的是斜角与基底平面的法向对称。以上使用的入射面应当是指通过配向光的平均传播方向和基底平面的法向确定的平面。
[0085] 或者在辐照之前，设定配向光的偏振面到某一角度，偏振面可连续旋转，同时配向光的空间调制随着时间变化。因此，根据本发明装置的SLM曝光单元可包括偏振器14或24或者能改变配向光的偏振面的光学元件(它可连续旋转)。
[0086] 在针对间歇操作基底而设计的装置中，可例如通过与基底的某一边缘平行的线定义的基底方向可以相对于配向光的偏振面，调节到不同的角度。这将是提供具有第二偏振面的配向光的替代方案。对于这一目的来说，优选的是，基底用载体是可旋转的。
[0087] 根据本发明的优选实施方案，该装置包括一个或更多个SLM曝光单元和任选地以上所述的额外的偏振光源，和施加LCMO层和/或从属材料层用的进一步的涂层或印刷单元。理想地，该装置包括用于涂布和/或印刷的两个单元，其中一个用于施加LCMO层，另一个用于施加从属材料。原则上，可使用任何类型的涂布或印刷方法，只要它与装置的尺寸相配合即可。可用的涂布技术包括，但不限于，旋涂，刮板涂覆(blade coating)，刮刀涂覆(knife coating)，吻辊涂覆，逆向舐涂，流铸涂布，口模式涂覆，浸渍，刷涂，辊涂，流涂，注塑，线涂，喷涂，浸涂，幕涂，气刀涂覆，逆辊涂覆，凹版式涂覆，狭缝模涂覆，热熔涂覆，辊涂，或柔性版涂布。可用的印刷技术包括，但不限于，丝网印刷，凸版印刷，胶版印刷，喷墨印刷，凹版印刷，直接凹版印刷，胶辊凹版印刷，平版印刷，胶印。优选的方法是辊涂，狭缝模涂覆，胶印和喷墨印刷。
[0088] 根据本发明的装置可进一步包括一个或更多个加热段，所述加热段可用于加热涂层到预定温度，以便除去残留的溶剂和/或降低LCMO-和/或从属材料的粘度以供更加容易取向。进一步地，加热段可用于在从属材料内引发聚合。加热段可例如使用红外加热器、热空气鼓风机、烘箱、微波或热板，利用已知的构件生成并转移热量。在该装置针对间歇加工操作而设计的情况下，载体本身可以是可加热的。
[0089] 该装置可进一步包括额外的光源作为固化单元，它提供光化光以供在从属材料内引发聚合。优选地，光源提供波长范围低于420nm的光。优选的光源类型是LEDs，例如UV-LEDs，和高压汞灯。
[0090] 优选地，根据本发明的装置包括移动基底到装置的不同段，例如SLM曝光单元，额外的偏振光源，涂布或印刷单元和加热段处的所需位置内的构件，直到它们存在于该装置内。优选的是基底的移动可通过电子，例如通过计算机控制，以便使得自动加工成为可能。
[0091] 在图3中阐述的根据本发明装置30的实例包括第一涂布或印刷单元33，第二涂布或印刷单元34，SLM曝光单元31，加热器35，固化单元36，基底39用载体37和滑动型材(profile)38。载体37可沿着滑动型材38移动，以便将载体上的基底定位到装置的不同单元上。优选地，通过计算机控制载体的移动，然而所述计算机在图3中未示出。SLM曝光单元31可以是以上所述的任何一种，它带有提供具有第一和具有第二偏振面的配向光的构件。在曝光单元内的SLM优选通过计算机控制，再者所述计算机没有在图3中示出。加热器35可例如是红外加热器或者热空气鼓风机。固化单元36包括光源，所述光源提供光化光以供在从属材料内引发聚合。
[0092] 在图3所示的装置中，第一涂布或印刷单元33可用于施加LCMO层到基底上，而第二涂布或印刷单元34可用于涂布或印刷从属材料。生产方法然后可例如如下所述：定位基底39在载体37上，在第一涂布或印刷单元33下方移动载体和基底，涂布或印刷含可光配向的材料的溶液到基底上，移动载体到加热器35，以除去残留的溶剂，移动载体到曝光单元31中，设定曝光单元的偏振面到第一方向上，在曝光单元内寻址SLM，提供所需图案，用曝光单元的空间调制的配向光辐照在基底上的LCMO层，设定曝光单元的偏振面到第二方向，在曝光单元内寻址SLM，提供或者所需的图案或者转换所有的像素成接通状态，用曝光单元的配向光辐照基底，移动载体到第二涂布或印刷单元34中，施加从属材料到基底上的LCMO层顶部，在加热器35下部移动载体，以增加基底的温度，移动载体与基底到固化单元中并提供光化光以供聚合从属材料。取决于液晶材料的类型，可必须在惰性氛围下进行聚合。使用根据图3的装置的上述方法可通过计算机来控制且可以是完全自动化的。
[0093] 在也是针对间歇加工而设计的根据本发明的备选实施方案中，该装置包括机械手或任何其他合适的操控系统，以传输基底到装置的不同段中。除了内部基底传输以外，操控系统也可用于从装置内部或外部放置的一堆基底中拾起待加工的基底和/或传输加工过的基底到界面操控系统中或者在所需的位置处沉积它。基底操控系统，例如机械手优选通过计算机来控制。这一构造例如允许自动加工基底，其中包括所有基底传输和调节步骤，辐照，涂布和或印刷，干燥各层，聚合从属材料并管理基底的输入和输出。作为一个实例，自动盒到盒的加工是可行的。
[0094] 在图4中示出了具有机械手作为基底操控系统的装置40的一个实例。它包括第一涂布或印刷单元43，第二涂布或印刷单元44，提供具有第一偏振面的空间调制的配向光的SLM曝光单元41，提供具有第二偏振面的配向光的偏振光源42，烘箱45，固化单元46，基底47用载体，机械手48和用于储存输入和输出基底用的盒子49和50。与机械手48相连的载体47具有拾起和固定基底51的构件，所述操作可例如通过经由孔隙或通道施加的真空来进行。机械手移动载体到不同的加工单元中。机械手以及不同的加工单元通过计算机控制，结果可进行从盒到盒的具有单独构图的各向异性性能的元件的完全自动化生产。为了简单起见的原因，在该附图中没有示出计算机以及电和机械连接。SLM曝光单元41可以是以上所述的任何一种SLM曝光单元。偏振光源42提供具有均匀光强度，但与SLM曝光单元41提供的配向光相比，具有不同偏振面的配向光。固化单元46包括光源，从而提供光化光以供在从属材料内引发聚合反应。
[0095] 在图4所示的装置中，第一涂布或印刷单元43可用于施加LCMO层到基底上，而第二涂布或印刷单元44可用于涂布或印刷从属材料。在提供待加工的基底到盒子49内之后，自动化生产工艺然后例如可以是下述：从盒子49中拾起基底51和与机械手48相连的载体47，在第一涂布或印刷单元43下方移动载体与基底，涂布含可光配向的材料的溶液到基底51上，在烘箱45内定位载体与涂布的基底，除去残留的溶剂，移动载体与基底到曝光单元41中，在曝光单元内寻址SLM，提供所需的图案，用曝光单元的空间调制的配向光辐照在基底上的LCMO层，移动载体与基底到偏振光源42下，将LCMO层暴露于偏振光源42的配向光下，移动载体到第二涂布或印刷单元44中，施加从属材料到基底上的辐照过的LCMO层顶部，在烘箱45内定位载体与基底，移动载体与基底到固化单元中并提供光化光以供在从属材料内引发聚合。取决于从属材料的类型，可必须在惰性氛围下进行聚合。
[0096] 图5示出了根据本发明的装置的一个实例，它被设计为以卷到卷生产的方式，用具有第一偏振面的空间调制的配向光和具有第二偏振面的配向光，在挠性基底之内或之上按序辐照可光配向的材料。图5的装置60包括SLM曝光单元61(它提供具有第一偏振面的空间调制的配向光)，提供具有第二偏振面的配向光的偏振光源62，以及基底63用载体64和65。载体64和65使得它们可从卷到卷地移动基底。在简单的实施方案中，这通过手动进行，例如通过使用曲柄，旋转一个或两个载体来进行。优选地，载体64和65中的一个或两个通过电动机驱动，基底可以从载体64到载体65中或者以相反的方向移动。由于装置60不包括涂布单元，因此该基底可包括LCMO层，所述LCMO层例如预涂布在基底上，或者LCMO层本身形成为基底。SLM曝光单元61可以是以上所述的任何一种SLM曝光单元。偏振光源62提供具有均匀光强度，但与由SLM曝光单元61提供的配向光相比，具有不同偏振面的配向光。且不需要包括SLM。
[0097] 从卷到卷地生产的装置可包括额外的单元，例如涂布或印刷可光配向的材料的单元和/或涂布或印刷从属材料的单元和任选地局部增加基底温度的构件，例如烘箱，红外加热器或热空气鼓风机。图6示出了仍然根据本发明的装置70的一个实例，它包括用于基底73的载体74和75，第一涂布或印刷单元76，烘箱78，SLM曝光单元71(它提供具有第一偏振面的空间调制的配向光)，提供具有第二偏振面的配向光的偏振光源72，第二涂布或印刷单元77，烘箱79，固化单元80和导引并支持待加工的挠性基底用的辊81。SLM曝光单元71可以是以上所述的任何一种曝光单元。偏振光源72提供具有均匀光强度，但与由曝光单元71提供的配向光相比，具有不同偏振面的配向光。固化单元80包括光源，从而提供光化光以供在从属材料内引发聚合。载体74和75使得它们可将基底从载体74上的一卷移动到载体75上的一卷。优选地，载体74和75中的一个或二者通过电动机驱动。装置70允许完全自动化生产具有构图的各向异性性能的元件。
[0098] 在卷到卷加工用的装置，例如图5和6的实例中，基底可或者连续移动，或者可至少在曝光单元61,71的位置处停下以供用空间调制的配向光辐照。若基底在曝光单元61,71的投影区域内连续移动，则可能重要的是小心由空间调制的光提供的图案在LCMO层的层内再现且没有运动模糊。这可例如通过提供空间调制的光作为闪光(flash)来进行，每一次具有该图案的待辐照的基底区域接近SLM曝光单元的投影区域，使得该图案在LCMO层内在单次闪光的短时间内再现。或者，通过SLM提供的图案滚动与基底的移动同步。对于这一目的来说，基底的速度或载体64,65,74,75或导引辊81的旋转速度可通过合适的构件来监控，提供电子信号用以控制SLM用的滚动图案生成。在矩阵类型的SLM中，滚动优选通过逐行进行，这意味着SLM周期性移动所施加的图案一行，使得配向光的空间调制与基底同步移动。
[0099] 使用装置，例如图6的装置，生产具有单独构图的各向异性性能的元件的方法可包括下述步骤：在载体74之上的卷上提供在装置内的挠性基底73以供卷到卷地生产，并操作该装置，使得该基底移动并在载体75之上的卷上卷起，采用涂布或印刷单元76，涂布或印刷含可光配向的材料的溶液到基底73上，在烘箱78内加热该基底，除去残留的溶剂，在曝光单元71内寻址SLM，以便提供单独信息的滚动图案(scrolling pattern)，使得投影的图案在SLM曝光单元71的投影区域内以与基底73相同的速度和方向移动，采用来自曝光单元71的第一偏振面的空间调制的配向光，辐照在基底上的LCMO层，用来自偏振光源72的第二偏振面的配向光，辐照在基底上的LCMO层，用涂布或印刷单元77在辐照过的LCMO层顶部上涂布或印刷从属材料，任选地在烘箱79内加热该基底，通过暴露于固化单元80的光化光下，在从属材料内引发聚合，并在载体75上的卷上，卷起加工过的基底。取决于从属材料的类型，可必须在惰性氛围下进行聚合。
[0100] 图7示出了装置90，它是图6的装置70的变体，且另外包括未聚合的化合物可在其内从加工过的层中除去的净化单元82。净化单元典型地含有溶剂，所述溶剂能溶解未聚合的化合物。
[0101] 由于LCMO层可以或者首先暴露于SLM曝光单元61,71的空间调制的配向光下，然后暴露于来自偏振光源62,72的第二偏振面的配向光下，因此，相对于基底移动的方向，可以互换SLM曝光单元61,71和偏振光源62,72的按序排列。
[0102] 尽管图5的实施例中的装置仅仅针对在预制备的LCMO层内卷到卷地生成单独的图案而设计和图6的装置允许自动化生产具有单独构图的各向异性性能的元件，其中包括所要求的涂布步骤，但根据本发明的卷到卷的生产装置可仅仅包括一个涂布步骤。例如，该装置可包括涂布单元76和烘箱78用于施加含可光配向的材料的层，但没有涂布单元77,烘箱79和固化单元80。采用这一装置，可施加LCMO层，且可在LCMO层内生成单独的图案。然后从属材料的任选层必须被涂布且任选地在独立的装置中聚合。同样，根据本发明的卷到卷的装置可包括涂布单元77，烘箱79和固化单元80以供在辐照过的LCMO层的顶部上生成从属材料层。对于在这一装置中使用来说，可用LCMO层预涂布基底，或者LCMO层可形成为基底。在通过暴露于SLM曝光单元71和偏振光源72生成所要求的取向图案之后，用涂布或印刷单元
77涂布或印刷从属材料，在烘箱79内干燥并取向，并在固化单元80内聚合，这导致具有单独构图的各向异性性能的所需元件。
77涂布或印刷从属材料，在烘箱79内干燥并取向，并在固化单元80内聚合，这导致具有单独构图的各向异性性能的所需元件。
[0103] 根据上述实施方案中任何一个的装置可包括进一步的单元，例如印刷永久信息的构件或者层压在该装置内生产的元件到其他基底或器件上的构件。
[0104] 根据本发明的装置不应当限于某些实施方案，例如单元的某种组合。相反，可在装置中随意地组合不同类型的曝光单元，涂布或印刷单元，加热段，光化光源，基底用载体和基底操控系统。
[0105] 本发明此外涉及快速生产具有单独构图的各向异性性能的元件的方法。根据本发明的方法包括下述步骤：
[0106] -提供LCMO层和
[0107] -将LCMO层暴露于具有第一偏振面的SLM曝光单元中的空间调制的配向光下。
[0108] 可通过涂布和/或印刷，施加LCMO层，且可在基底的全部区域上或者仅仅在它的一部分上提供LCMO层。
[0109] 若在以上所述的方法中，LCMO层没有进行过进一步的配向处理，则LCMO层仅仅在其中暴露于配向光下的那些区域内显示出各向异性性能。因此，包括在LCMO层内或者其顶部上的从属材料因仅仅在暴露于配向光下的LCMO层内的那些区域中与LCMO材料接触导致将建立各向异性性能，而在那些区域外部将不产生各向异性性能。若LCP材料用作从属材料，则按照这一方式生产的具有构图的各向异性性能的元件因此包括其中液晶材料被配向的区域和其中液晶材料没有被配向的区域。按照这一方式生成的图案可以在偏振光中看到。
[0110] 可寻址SLM，使得每一像素或者处于接通状态或者处于断开状态，其结果是配向光的空间变化使得强度具有或者最低或者最高的水平。这一SLM-寻址方案在以下中被称为数字寻址。或者，可能的是寻址像素到介于接通和断开状态之间的中间状态，其结果是配向光的空间变化还包括灰度水平。这一SLM-寻址方案在以下中被称为灰度寻址。
[0111] 在本发明的优选方法中，数字寻址用作SLM-寻址方案。在本发明的另一优选方法中，灰度寻址用作SLM-寻址方案。
[0112] 在优选的方法中，在暴露于第一偏振面的空间调制的配向光之前或之后，另外暴露LCMO层与第二偏振面配向。第二偏振面的配向光可仅仅针对没有用第一偏振面的配向光辐照过的那些区域提供。这可例如也是通过SLM曝光单元，通过提供第二偏振面的配向光来进行。
[0113] 或者，两个暴露步骤可以使得LCMO层中的至少一些区域以任何顺序，按序暴露于第一和第二偏振面的配向光下。这可在暴露于SLM曝光单元的空间调制的配向光之前或之后，例如通过将LCMO层暴露于偏振光源的配向光下来进行。
[0114] 在另一优选的方法中，将LCMO层暴露于具有多个偏振面的配向下。第二和进一步的偏振面的配向光可以仅仅针对尚未用配向光辐照的那些区域提供。优选地，这也是通过SLM曝光单元，通过提供第二和/或进一步的偏振面的配向光来进行。
[0115] 取决于可光配向的材料的性质，光谱强度分布，和配向光的曝光剂量，在暴露于两个或更多个偏振面的配向光下的区域内所得局部配向方向可以不同于在仅仅暴露于配向光的任何一个偏振面下的区域内产生的配向方向。因此可能的是，在第一，第二或额外的曝光步骤中，通过局部曝光剂量，在两个或更多个曝光区域内，控制所得配向方向。
[0116] 根据本发明的优选方法，灰度寻址用作用具有第一偏振面的配向光辐照的SLM-寻址方案，且将LCMO层暴露于具有第二偏振面的配向光下，使得存在暴露于第一和第二偏振面的配向光下和第一偏振面的配向光的曝光剂量彼此不同的区域。
[0117] 在优选的方法中，还通过其中使用灰度寻址的SLM曝光单元，提供第二偏振面的配向光。相同的SLM曝光单元可用于提供第一和第二偏振面的空间调制的光。根据这一方法的优选变体，SLM的寻址使得具有第一偏振面的投影的SLM光至少代表在某些区域内在LCMO层上的灰度图案和第二偏振面中投影的SLM光代表在LCMO层上在相同的位置处但具有不同灰度强度梯度的相同图案。在摄影术中所使用的术语用第二偏振面投影的灰度图案是与用第一偏振面投影的相同图案，但被γ校正。在该方法的优选变体中，γ校正使得与用第一偏振面投影的图案的灰度相比，用第二偏振面投影的图案的灰度颠倒(inverse)。这对应于投影灰度图像和它的负片到LCMO层的相同区域上，但用于该图像和负像的配向光的偏振面彼此不同。
[0118] 在以上所述的方法中，在LCMO层的辐照过程中，SLM曝光单元和基底可保持它们彼此的相对位置，或者SLM曝光单元和基底可相对于彼此移动。例如，可在以上所述的卷到卷的生产装置中使用该方法，其中该基底在辐照过程中移动。另一实例是在辐照过程中，SLM曝光单元在固定的基底上连续移动。对于SLM曝光单元和基底相对于彼此移动的情况来说，SLM曝光单元的投影区域和基底因此也相对于彼此移动。在根据本发明的优选方法中，在LCMO层暴露于SLM曝光单元的配向光的过程中，SLM曝光单元的投影区域相对于基底移动，和使SLM寻址，使得投影到LCMO层上的图案横跨SLM的像素滚动。优选地，SLM包括在矩阵内排列的像素，所述矩阵形成行和栏的线，且图案逐行滚动。例如，通过SLM的行形成线，和待显示的图案周期性地移位一行。当移位时，第一行的内容移动到第二行，第二行的内容移动到第三行，如此类推。最后一行的内容可以再次移位到第一行，若将再次再现相同的图像的话。若将再现备选的图案，则SLM的第一行将显示该图像的相应线。
[0119] 由于滚动，投影的图案在SLM曝光单元的投影区域内移动。选择滚动速度，例如减少投影的图案和基底之间的相对速度。理想地，滚动速度使得投影图案的每一部分维持它在基底上的位置，只要被投影即可。
[0120] 同样针对其中SLM曝光和基底在辐照过程中没有移动的情况，可改性滚动方法，提供两个或更多个偏振面的空间调制的配向光。例如，在滚动图案的时间框架内，空间调制的配向光的偏振面可按序设定为不同值。采用如上所述的单一SLM曝光单元提供具有不同偏振面的光的任何构件可用于该目的。优选地，自动化控制偏振面的变化，且与滚动图案同步。在该方法的优选变体中，待投影的图案是灰度图案，和通过SLM提供的图案周期性颠倒，以便如上所述交替提供正和负像，并与配向光的偏振面在两个值之间转换同步。
[0122] 只要仅仅期望在不采用基底平面外的优选方向生成各向异性性能，则配向光的平均入射方向典型地垂直于基底。为了采用平面外的优选方向，例如用于配向从属材料，例如液晶材料的斜角，生成各向异性性能，优选的是用倾斜入射的光辐照LCMO层。它可以是具有第一偏振面的SLM曝光单元的配向光和/或进一步的曝光步骤(或者空间调制或者未调制)的配向光，或者它可以是非偏振的光化光。例如，可能的是通过暴露LCMO层于SLM曝光单元的垂直入射的调制配向光下，和另外暴露于具有相同或不同偏振面的倾斜入射的非调制的配向光下，或者甚至暴露于倾斜入射的非调制、非偏振的光化光下，生成具有构图的倾斜各向异性性能的元件。暴露于垂直和倾斜入射的光下可以是或者按序且也可同时进行。在该方法的另一变体中，将LCMO层的相同区域暴露于两个SLM曝光单元的空间调制的配向光下，其中至少一个倾斜辐照配向光于LCMO层的表面上。若两个SLM曝光单元均倾斜辐照LCMO层的表面，则通过从两个SLM曝光单元发射的光线确定的入射平面可以是共平面或者交叉的。同样，相应的偏振面可以是相同或不同的。
[0123] 对于以上所述的任何方法来说，在LCMO层内的可光配向的材料可以是其中通过暴露于配向光下，则可生成各向异性性能的任何种类的光敏材料，而与光反应机理无关。因此，合适的可光配向的材料例如是其中当暴露于配向光下时，通过光-二聚，光-解聚，反式-顺式转变或者光-Fries重排诱导各向异性的材料。优选的可光配向的材料是其中当暴露于配向光下时所产生的各向异性使得与光配向材料接触的从属材料可以被取向的那些。优选地，这些从属材料是液晶材料，尤其LCP-材料。
[0124] 可光配向的材料，例如以上所述的那些引入可光配向的部分，所述可光配向的部分当暴露于配向光下时能形成优选的方向并因此产生各向异性性能。这种光-可配向的部分优选具有各向异性吸收性能。典型地，这些部分在230-500nm波长范围内显示出吸收。优选地，可-光配向的部分在300-450nm的波长范围内显示出光的吸收，更优选的是在350-420nm的波长范围内显示出吸收的部分，和最优选的是在380-410nm的波长范围内显示出吸收的部分。
[0126] 例如，可光配向的部分是取代或未取代的偶氮染料，蒽醌，香豆素，部花青素(mericyanine)，甲烷，2-苯基偶氮噻唑，2-苯基偶氮苯并噻唑，茋(stilbene)，氰基茋，查耳酮，肉桂酸酯，苯乙烯基吡啶盐，1,4-双(2-苯基乙烯基)苯，4,4'-双(芳基偶氮)茋，苝，4,8-二氨基-1,5-萘醌染料，具有与两个芳环共轭的酮部分或酮衍生物的二芳基酮，例如取代的二苯甲酮类，二苯甲酮亚胺，苯基腙和半卡巴腙。
[0127] 以上列举的各向异性吸收材料的制备是熟知的，正例如Hoffman等人的美国专利No.4,565,424，Jones等人的美国专利No.4,401,369，Cole,Jr.等人的美国专利No.4,122,027，Etzbach等人的美国专利No.4,667,020，和Shannon等人的美国专利No.5,389,285中所示。
[0128] 优选地，可光配向的部分包括芳基偶氮，聚(芳基偶氮)，茋(stilbene)，氰基茋，肉桂酸酯或查耳酮。
[0129] 可光配向的材料可以具有单体，低聚物或聚合物形式。可光配向的部分可在聚合物或低聚物的主链内部或者在聚合物或低聚物的侧链内部共价键合，或者它们可以是单体的一部分。
[0130] 聚合物是指例如聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚酰亚胺，聚酰胺酸，聚马来酰亚胺，聚-2-氯丙烯酸酯，聚-2-苯基丙烯酸酯；未取代或者被C1-C6烷基取代的聚丙烯酰胺，聚甲基丙烯酰胺，聚-2-氯丙烯酰胺，聚-2-苯基丙烯酰胺，聚乙烯醚，聚乙烯酯，聚苯乙烯衍生物，聚硅氧烷，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的直链或支链烷基酯；聚苯氧基烷基丙烯酸酯，聚苯氧基烷基甲基丙烯酸酯，聚苯基烷基甲基丙烯酸酯，其中烷基具有1-20个碳原子；聚丙烯腈，聚甲基丙烯腈，聚苯乙烯，聚-4-甲基苯乙烯或其混合物。
[0131] 可光配向的材料也可以是含具有不同类型可光配向部分的化合物的组合物。例如，对于不同的可光配向的部分来说，最大吸收波长可以是不同的。优选的组合物包括具有主要对UV-A波长范围内的光具有反应性的可光配向部分的化合物，和具有主要对UV-B波长范围内的光具有反应性的可光配向部分的化合物。可光配向的材料也可以是含具有可光配向部分的化合物和光敏剂的组合物。合适的光敏剂例如是酮基香豆素和二苯甲酮类。
[0132] 进一步地，优选的可光配向的单体或低聚物或聚合物公开于美国专利No.5,539,074,美国专利No.6,201,087,美国专利No.6,107,427,美国专利No.6,632,909和美国专利No.7,959,990中。
[0133] 对于本发明的方法来说，为了选择优选的可光配向的材料，含可光配向的材料的LCMO层的特征可在于其吸收系数α(λ)，其中吸收涉及光反应机理，它可在LCMO层内诱导各向异性。吸收系数α(λ)通常定义且可衍生于根据Lambert定律，未-辐照LCMO层的吸收Α(λ)：
[0134]
[0135] 其中L是LCMO层的厚度，和λ是针对其测量吸收的光的波长。吸收A分别根据入射和透射光的强度I0和It测定如下：
[0136]
[0137] 对于本发明的方法来说，优选的在350nm-420nm的波长范围内，存在LCMO层对其的吸收系数大于200[1/cm]，更优选大于2000[1/cm]和最优选大于20000[1/cm]的至少一个波长。甚至更优选的是在380nm-410nm的波长范围内，存在LCMO层对其的吸收系数大于200[1/cm]，更优选大于2000[1/cm]和最优选大于20000[1/cm]的至少一个波长。
[0138] 在任何一个上述方法中所使用的LCMO层可包括可在其内通过与可光配向的材料接触产生各向异性的从属材料。优选地，从属材料是LCP材料。使用含有从属材料的LCMO层的方法优选包括在暴露于配向光之中和/或之后加热LCMO层的步骤。该方法也可包括通过热处理或者暴露于光化光下，在从属材料内引发聚合。
[0139] 在以上所述的方法的优选变体中，在额外的步骤中，在辐照过的LCMO层的顶部上施加从属材料。优选地，从属材料是LCP材料。可通过涂布和/或印刷施加从属材料，且从属材料可以施加在全部基底区域上或者仅仅它的一部分上。从属材料应当覆盖至少一部分LCMO层，但不必施加在它的全部区域上。优选地，该方法牵涉加热从属材料层。该方法也可包括通过热处理或者暴露于光化光下在从属材料内引发聚合。取决于从属材料的性质，可以有帮助的是在惰性氛围，例如真空或氮气下进行聚合。
[0140] 若从属材料包括在LCMO层内或者施加在其顶部上，则上述方法可进一步包括例如通过蒸发或者在溶剂内溶解，从从属材料中除去未聚合材料的额外的步骤，以便在残留的层内生成微结构。可设计在这一方法中使用的从属材料，使得当引发聚合时，已聚合和未聚合的材料发生相分离。例如，从属材料可包括不可聚合的液晶。
[0141] 从属材料可含有各向同性或各向异性的染料和/或荧光染料。
[0142] 以上所述的方法可包括额外的步骤，其中在LCMO层下方和/或LCMO层上方和/或从属材料上方，涂布额外的层。也可反复上述方法的步骤，以便在基底的一个和/或两个侧面上以堆叠的方式施加这些层。
[0143] 基底可以是硬质或挠性的。进一步地，它可以是半透明或不透明的，且可以被着色。用于基底的典型的材料是玻璃，塑料，纸张或金属。还可能的是基底本身包括可光配向的材料。在后一情况下，基底本身是LCMO层且可以不要求额外的基底。基底可包括一层或更多层，例如反射式层，含染料的层或介电层。对于卷到卷地生产来说，优选的是基底是挠性的聚合物箔。
[0144] 以上所述的方法可进一步包括额外的步骤，其中采用任何一种上述方法生产的元件被层压到另一基底，器件或产品上。其他基底可以是例如安全器件的一部分或者任何种类的身份证，支付卡或钞票。
[0145] 通过采用上述方法，在LCMO层内以及在从属材料内因与LCMO层的光配向材料接触导致生成单独和/或复杂构图的各向异性性能是可行的。这些层和/或层结构优选在光学和光电元件中使用。例如，根据上述方法制备的LCMO层可在LCD内用作液晶的取向层，以便提供多个取向方向。
[0146] 优选地，使用上述方法，生产具有优选轴的局部不同方向的结构化光学各向异性元件。光学各向异性可以是指不同的光学性能。例如，光学各向异性可以是指光的吸收，这导致具有局部不同偏振轴的构图的偏振器。可通过含有各向异性吸收染料的LCP从属材料来实现各向异性吸收性能。光学各向异性也可以是指折射指数，它导致具有局部不同光轴的双折射元件。可在LCP从属材料内实现双折射。光学各向异性也可以例如是指荧光。可通过含有各向异性吸收和/或各向异性荧光染料的LCP从属材料来实现各向异性荧光性能。光学各向异性也可以是指散射。可通过从取向的从属材料中溶解未聚合的材料，实现显示出各向异性散射的光学元件。结构化光学各向异性元件可以例如用作光学安全元件。
[0147] 特别感兴趣的是具有高复杂度的元件，典型地它在不同区域内具有多个优选轴的方向。例如，元件可包括两个或更多个图案或图像，这些图案或图像在同一时间不是全部可视的，但或者可通过旋转或倾斜元件或者旋转观察所使用的偏振器而变得可视。在另一实例中，优选轴的方向可局部变化，使得可通过旋转或倾斜元件或者旋转观察所使用的偏振器，产生移动图像的印象。
[0148] 进一步地，可在光学应用中使用这种光学各向异性元件，生成具有偏振面的空间变化的偏振光，或者局部改性偏振光的偏振状态。例如，具有局部不同光轴方向的构图的双折射元件可用作偏振转化器掩模，它局部改性入射的偏振光的偏振面，以便提供具有偏振面的空间变化的配向光以供辐照LCMO层。
[0149] 应用例1(间歇加工)
[0150] 通过在由97wt％MEK和3wt％CHN组成的溶剂混合物中溶解3wt％可光配向的聚合物P，制备溶液S(PA)。
[0151]
[0152] 吸收系数α(390nm)测定为90500[1/cm]。
[0153] 通过在由97wt％MEK和3wt％CHN组成的溶剂混合物中溶解15wt％混合物MLCP，制备LCP-溶液S1(LCP)。
[0154] 混合物MLCP包括可聚合的液晶且由下述组成：
[0155] 76.4％LC1
[0156] 14.3％LC2
[0157] 4.8％LC3
[0158] 4％Irgacure 907
[0159] 0.5％BHT
[0160]
[0161] 根据本申请实施例用于加工的装置包括
[0164] -SLM曝光单元，它包括具有768x1024微镜(Texas Instruments)和在390nm处发射光的高功率LED作为光源的0.7英寸的斜纹(diagonal)DMD。曝光单元进一步含有投影透镜和在390nm波长下偏振对比度为约200:1的uv-透射式线性偏振器(Moxtek)。偏振器位于投影透镜后方，当沿着SLM光的路径观察时且安装在通过计算机控制的马达驱动的旋转段上。SLM曝光单元的光学系统使得它生成1:1的由DMD提供的图案图像，
[0165] -第二喷墨头，它提供LCP-溶液S1(LCP)，
[0167] -安装在x,y双轴精密微调移动平台(translation stage)上的可移动载体台，它通过马达驱动且通过计算机可控，使得载体台可以自动移动到以上每一个加工单元处。
[0168] 将具有铝化表面的7cmx12cm,23μm厚的PET箔片以胶带粘紧在载体台的顶部上。然后移动载体台到第一喷墨头处的起始位置，然后在喷墨头下方以50m/min的速度移动，使得面积为6cmx10cm的S(PA)均匀湿膜被涂布在铝化的PET箔顶部上。具有涂布箔的台面然后在IR灯之下移动以供蒸发溶剂。这导致厚度约50nm的均匀的固体LCMO层。现在在SLM曝光单元之下移动台面。由于选择了基底和LCMO层的面积大于DMD图像的最大尺寸，因此随后可并排地投影多个图像。
[0169] 第一个二值图像被投影在分辨率为13μm和UV能量密度为20mJ/cm2的LCMO层的第一区域上，这对应于0.1s的曝光时间。在第一次辐照之后，旋转偏振器45°，并在没有移动基底的情况下，使用与第一次辐照相同的辐照参数投影第一图像的反面。因此，生成潜像，所述潜像由在LCMO层的第一区域内的不同区组成，所述不同区用相等曝光能量但采用两个不同偏振方向，亦即0°和45°辐照。
[0170] 现在将具有LCMO涂布箔片的载体移动到SLM曝光单元下方的另一位置，使得曝光单元的曝光面积与尚未曝光的LCMO层的面积匹配。以与以上针对第一图像所述相同的方式曝光第二图像及其反图像。通过投影额外的图像到LCMO层的不同区域上，重复该辐照过程，生成在3x6矩阵内排列的一组18个不同潜像。
[0171] 然后移动台面到第二喷墨头下方，使得LCP-溶液S1(LCP)的层涂布在LCMO层的顶部上。
[0172] 具有箔的台面随后在IR灯下方移动以供蒸发溶剂，与此同时使液晶单体退火，使分子根据下方LCMO层提供的取向信息取向。然后具有箔的台面在高功率UV LED灯(390nm光)下方移动以供引发液晶单体聚合。所得固体LCP膜的厚度为1100nm且具有140nm的光学延迟，这对应于四分之一波延迟器。所得层结构包括用肉眼不可视的18个不同的双折射潜像。然而，当用线性偏振器观察时，出现具有正反差的图像，若在第一辐照区域内偏振器平行于LCP膜的光轴取向的话，和观察到具有负反差的图像，当偏振器旋转45°时。
[0173] 应用例2(卷到卷地加工)
[0174] 这一实施例描述了卷到卷地加工，从而证明在连续制造工艺中能制造单独的高分辨率的图像。
[0175] 通过在由97wt％MEK和3wt％CHN组成的溶剂混合物内溶解30wt％混合物MLCP，制备LCP-溶液S2(LCP)。
[0176] 这一实施例所使用的装置是图6的改性变体，因为它没有配有第二涂布单元77，第二加热单元79和固化单元80。除了图6的实施方案以外，该装置配有位于载体74和涂布单元76之间的电晕处理单元。该涂布单元是逆向吻涂的类型。
[0177] 使用与以上应用例1所述相同类型的曝光单元71。将23μm厚的铝化PET箔用作基底，它在5m/min的卷材速度下从载体74连续移动到载体75。因此，该基底首先穿过电晕处理单元，之后它到达涂布单元，在此在PET基底的铝侧上涂布溶液S(PA)的均匀湿膜。然后在3m长的热空气烘箱内，在90℃下干燥湿膜，得到厚度为约50nm的固体LCMO层。基底进一步移动到SLM-曝光单元71中，这类似于应用例1中所述的那种。为了补偿在暴露过程中移动的基底，使用滚动模式进行图像的投影。为了这一目的，该装置包括同步单元，所述同步单元生成频率与移动基底的速度成正比的触发脉冲链。DMD滚动速度等于借助可调节的倍频器的瞬间卷材速度。按照这一方式曝光单元的投影图像与基底在相同速度下移动。卷材的缓慢速度变化立即通过同步单元补偿。DMD存储器负载有以连续循环形式提供的100个单独的768x1024像素的二值图像。使用滚动模式，采用与卷材的移动方向(0°)平行的配向光的偏振面，进行辐照。
[0178] 在基底上的LCMO层穿过了SLM曝光单元后，暴露于偏振光源72的配向光下。偏振光源72包括汞灯(GEW)并配有偏振器(Moxtek)。相对于卷材的移动方向，偏振面设定为45°。偏振光源72的配向光没有被空间调制，但在整个图像区域上是均匀的。选择来自偏振光源72的配向光的辐照能为来自SLM-曝光单元71的空间调制的配向光的辐照能的一半。然后在载体75上的卷上，卷起基底。
[0179] 随后再缠绕LCMO涂布并辐照过的基底，然后安装在载体74上以供使用相同的机器进行第二次涂布，但具有一些改性：电晕处理器不是活跃的(active)，SLM曝光单元71转换为关闭状态，移动曝光单元72的偏振器，以便提供非偏振光，和提供具有LCP溶液S2(LCP)的涂布单元。对于LCP涂布步骤来说，再次从载体74移动基底到载体75，由此通过涂布单元在LCMO层顶部上施加LCP溶液S2(LCP)的层。然后在烘箱78内，在约56℃的温度下干燥湿膜，和与此同时LCP单体随下面的结构化LCMO层取向。然后采用来自曝光单元72的均匀的非偏振UVA光，通过引发交联，固定液晶单体。加工过的箔最终缠绕在载体75上的卷上。固体LCP膜的厚度为约1100nm且具有与可见光用四分之一波延迟器相对应的光学延迟。
[0180] 与应用例1一样，双折射潜像用肉眼是不可视的。然而，当用线性偏振器观察时，出现具有正反差的图像，当在第一次辐照的区域内偏振器平行于LCP膜的光轴取向时，和当偏振器旋转45°时，观察到具有负反差的图像。
[0181] 应用例3
[0182] 使用与应用例1所述相同的装置。与应用例1中一样，铝化的PET箔用S(PA)层涂布并在IR灯下干燥。然后在SLM曝光单元下方移动样品。此刻待投影的图像由9个二值子-图像(binary sub-images)组成，如图8所示。每一子图像包括2个明亮的像素-柱，而其余区域是暗的。亮柱的位置发生由子像素至子像素变化。设计该组子像素，其方式使得明亮区域没有重叠和按序曝光整组图像暴露全部投影区域。此外，在每一次曝光之后，如图8的箭头所示，通过旋转偏振器15°，偏振的方位角方向发生由曝光至曝光的变化。
[0183] 在这样多次曝光之后，在LCMO层的顶部上涂布LCP层，并如应用例1中所述干燥和固化。
[0184] 结果是用肉眼不可视，但当用线性偏振器观察时可以很好识别的结构化的双折射LCP层。柱子出现，从而显示出灰度变化，这取决于偏振面和双折射柱的光轴之间的角度。当旋转偏振器时，单独的灰度变化，从而生成移动图像的印象。
[0185] 应当理解，意图不是限制本发明到所描述的特定实施方案。相反，本发明打算覆盖落在本发明的精神和范围内的所有改性，等价和替代方案。
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