CN101361026A - 光学元件、带标签物品、光学配套元件及判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学元件、带标签物品、光学配套元件及判断方法，提高包含固化的液晶材料的光学元件所显示的图像随观察条件而变化的多样性。光学元件(10)包含层叠体和与该层叠体相对的反射层(12)，所述层叠体包括透光性凹部形成层(13)和由支承在其主面上并且固化的液晶材料构成的液晶层(15)，所述凹部形成层(13)的一个主面包括一个以上的凹部形成区域，这些凹部形成区域中分别设置了多个长度方向对齐、并且在与长度方向交叉的方向上相邻的槽。

Description

光学元件、带标签物品、光学配套元件及判断方法
发明领域
本发明涉及提供例如防伪效果、装饰效果和/或美化效果的显示技术。
背景技术
防伪有时利用潜像。潜像能够利用例如网线龟纹(万線モアレ)或凹版印刷形成。
利用了网线龟纹的潜像能够通过将应该作为潜像的图像与高密度地排列的多个线重叠获得。在用肉眼观察时，该图像的多个线使识别困难，通过将这些线隐去，识别变得容易。
利用了凹版印刷的潜像能够通过在油墨层上设置凹陷图案和/或凸起图案获得。形成了凹陷图案和/或凸起图案的图像从正面观察时难以识别，通过从斜方向观察使其可视化。
利用了网线龟纹或凹版印刷的防伪技术真伪判断比较容易。但是，用这些方法形成的图像用肉眼观察时并不是不能识别。因此，这些潜像容易感觉得到其自身的存在。
潜像可以使用荧光油墨以及红外线吸收油墨等特殊油墨形成。荧光油墨为通过照射紫外线发光的油墨，使用这种油墨形成的潜像通过照射紫外线可视化。红外线吸收油墨为红外线吸收率高的油墨，用这种油墨形成的潜像通过用例如红外线相机进行观察而可视化。
使用特殊油墨形成的潜像难以感觉到其自身的存在。但是，为了使其可视化，需要紫外线灯或红外线相机等装置。
潜像还可以使用液晶材料形成。例如，在具有光反射性的基底上形成由高分子液晶材料等固化液晶材料构成的薄膜图案。通过例如对薄膜图案的衬底实施研摩处理或光取向处理等取向处理，使液晶分子的液晶原(mesogens)为大致一个方向的取向。
在用肉眼观察的情况下，该薄膜图案可以与光学上各向同性的层同样看待。因此，能够用该薄膜图案构成潜像。并且，由于该薄膜图案具有相位差层的功能，因此在通过偏振器观察时，产生随其滞后轴与偏振器的透射轴所成的角度的亮度变化。即，形成了该薄膜图案的潜像通过用偏振器观察而可视化。
使用液晶材料形成的潜像难以感觉到其自身的存在。而且，该潜像能够用偏振光膜等偏振器实现可视化，不需要大的装置。因此，使用了液晶材料的防伪技术受到高度关注。
例如，日本特开2001-63300号公报中记载了层叠OVD(opticallyvariable device，光可变图像)层和潜像形成层的技术。潜像形成层由例如高分子液晶材料构成。OVD层为例如全息照相。
在用肉眼观察该层叠体的情况下，能够确认全息照相的视觉效果即彩虹色和随观察角度的颜色变化。并且，形成了潜像形成层的潜像能够通过用偏振器观察实现可视化。这样一来，如果将液晶材料与全息照相相组合，能够形成变化多样的图像。因此，与仅使用液晶材料时相比能够达成更高的防伪效果。
但是，伪造技术的进步显著，因此，希望防伪技术更快进步。
发明内容
本发明的目的就是要提高包含了固化液晶材料的光学元件所显示的图像随观察条件而变化的多样性。
如果采用本发明的第1个方面，提供具备层叠体和与上述层叠体相对的第1反射层的光学元件，所述层叠体包括透光性凹部形成层和液晶层，所述凹部形成层的一个主面包括一个以上的凹部形成区域，所述凹部形成区域中分别设置有多个长度方向对齐、并且在与上述长度方向交叉的方向上相邻的第1槽，上述液晶层由支承在上述主面上并且固化的液晶材料构成。
如果采用本发明的第2方面，提供包含第1方面涉及的光学元件和支承该光学元件的物品的带标签的物品。
如果采用本发明的第3方面，提供包含第1方面涉及的光学元件和偏振器的光学配套元件。
如果采用本发明的第4方面，提供一种在真品与非真品之间判断不知是否为真品的物品的方法，上述真品为支承有第1方面涉及的光学元件的物品。该方法包括下述判断：在上述不知是否为真品的物品不包含下述潜像的情况下判断为上述不知是否为真品的物品为非真品，该潜像在没有偏振器、从相对于上述一个主面倾斜的方向观察的情况，以及没有上述偏振器、从相对于上述一个主面垂直的方向观察的情况的某个中，都不可视化；通过上述偏振器从相对于上述主面垂直的方向观察的情况下为可视化；或者，在上述不知是否为真品的物品不包含下述第1显示部的情况下判断为上述不知是否为真品的物品为非真品，该第1显示部在没有偏振器、从相对于上述一个主面倾斜的方向观察时与没有上述偏振器、从相对于上述一个主面垂直的方向观察时显示相同的颜色，通过上述偏振器从相对于上述主面垂直的方向观察时与没有上述偏振器、从相对于上述一个主面垂直的方向观察时显示不同的颜色，通过上述偏振器从相对于上述一个主面倾斜的方向观察时与没有上述偏振器、从相对于上述一个主面垂直的方向观察时以及通过上述偏振器从相对于上述主面垂直的方向观察时显示不同的颜色。
附图说明
图1是概略地表示本发明的第1形态涉及的光学元件的俯视图。
图2是图1所示光学元件的沿II-II线的剖视图。
图3是表示图1所示光学元件的凹部形成区域能够采用的结构的一例的俯视图。
图4是表示图1所示光学元件的凹部形成区域能够采用的结构的其他例的俯视图。
图5是表示图1所示光学元件的凹部形成区域能够采用的结构的另外的其他例的俯视图。
图6是表示图1所示光学元件的凹部形成区域能够采用的结构的另外的其他例的俯视图。
图7是表示图1和图2所示光学元件所显示的图像的一例的俯视图。
图8是概略地表示图1和图2所示光学元件与直线偏振光膜重叠时能够观察到的图像的一例的俯视图。
图9是表示图1和图2所示光学元件所显示的图像的其他例的立体图。
图10是表示图1和图2所示光学元件所显示的图像的另外的其他例的立体图。
图11是概略地表示本发明的第2形态涉及的光学元件的剖视图。
图12是概略地表示图11所示的光学元件与直线偏振光膜重叠时能够观察到的图像的一例的俯视图。
图13是表示图11所示光学元件所显示的图像的其他例的立体图。
图14是表示图11所示光学元件所显示的图像的另外的其他例的立体图。
图15是表示图1所示光学元件的一个变形例的剖视图。
图16是表示图1所示光学元件的其他变形例的剖视图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的形态。另外，各图中发挥同样或者类似作用的构成要素付与相同的参照标记，省略重复的说明。
图1为概略地表示本发明的第1形态涉及的光学元件的俯视图。图2为图1所示光学元件的沿II-II线的剖视图。图3为表示图1所示光学元件的凹部形成区域能够采用的结构的一例的俯视图。图4为表示图1所示光学元件的凹部形成区域能够采用的结构的其他例的俯视图。图5为表示图1所示光学元件的凹部形成区域能够采用的结构的另外的其他例的俯视图。图6为表示图1所示光学元件的凹部形成区域能够采用的结构的另外的其他例的俯视图。另外，图1和图2中，X方向为与光学元件10的主平面平行的方向，Y方向为与光学元件10的主平面平行并与X方向垂直的方向，Z方向为与X方向和Y方向垂直的方向。
图1及图2所示的光学元件10为被例如应该被确认为真品的物品支承的显示体。该光学元件10包含基体材料11、第1反射层12、凹部形成层13、第2反射层14和液晶层15。光学元件10的前表面为液晶层15一侧的面。
基体材料11为例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等树脂构成的薄膜或薄板。在基体材料11的前表面设置有细微的凹凸。基体材料11既可以具有透光性也可以没有。并且，基体材料11既可以是具有单层结构也可以是具有多层结构。
第1反射层12为具有光散射性的反射层。即，当使具有偏振光性的平行光照射到第1反射层12的一个主面上时，从该主面射出具有偏振光性的散射光。
第1反射层12被覆基体材料11的整个面。第1反射层12也可以仅被覆基体材料11的一部分。
反射层12的前表面具有与基体材料11前表面的结构相对应的细微的凹凸结构。反射层12前表面设置的凹凸结构沿各个方向漫反射入射光。
反射层12的前表面的由日本工业标准JIS B0601：2001“制品的几何特性规范(GPS)—表面形状：轮廓曲线方式——术语、定义及表面特性参数”规定的算术平均粗糙度Ra为在例如0.3μm以下。并且，反射层12的前表面的由JIS B0601：2001规定的十点平均粗糙度RzJIS为在例如4.0以下。并且，反射层12前表面的由JIS B0601：2001规定的轮廓曲线要素的平均长度RSm为在例如1.5μm以上。
反射层12为例如金属层。作为金属层的材料可以使用例如铝、银或它们的合金。金属层能够用例如真空蒸镀法或阴极溅镀法等气相沉积法形成。
反射层12也可以是在前表面上设置了细微的凹凸结构的1层或多层电介质膜。在例如使用由ZnO构成的单层电介质膜作为反射层12的情况下，当用肉眼观察光学元件10时能够觉察到基体材料11的颜色。并且，通过偏振器观察光学元件10时，除了液晶层12等赋予的视觉效果外，还能够加上基体材料11的颜色赋予的视觉效果。在使用多层电介质膜作为反射层12的情况下，能够赋予光学元件10波长选择性。因此，能够获得与使用金属蒸镀层或单层电介质膜作为反射层12时不同的视觉效果。多层电介质膜能够通过在基体材料11上交替蒸镀例如硫化亚铅等高折射率材料和氟化镁等低折射率材料获得。
这里，作为一个例子，反射层12采用金属层。
凹部形成层13为透光性，被覆反射层12。在凹部形成层13的前表面上设置有多个第1槽。在本例中，凹部形成层13的前表面如图2所示包含分别设置了多个槽的3个区域131至133。
区域131至133各自为凹部形成区域。区域131至133的每一个上设置了多个长度方向对齐、并且在与该长度方向交叉的方向上相邻的槽。区域131至133中槽的长度方向既可以不同也可以相同。并且，区域131至133可以省略1个或2个。或者，凹部形成层13的前表面还可以包含设置了多个槽的其他区域。
这里，作为一个例子，区域131上设置长度方向与X方向大致平行的槽，区域132上设置长度方向与Y方向大致平行的槽。并且，区域133上设置的槽的长度方向为任意的，这里作为一个例子，采用与X方向成45°角度。
如图2所示，凹部形成层13的前表面还包含没有设置槽的区域134。区域134可以省略。
凹部形成区域131至133可以采用各种结构。例如，凹部形成区域131至133可以分别采用如图3所示沿宽度方向等间隔地平行排列了多个槽的结构。
这些槽也可以如图4所示彼此不平行。但是，这些槽越接近平行，与凹部形成区域131和132相对应的液晶层15的各部分中，液晶分子或它们的液晶原的长轴越容易对齐。这些槽的所成角度在例如5°以下，优选在3°以下。
在区域131至133的每一个中，这些槽也可以纵横排列。并且，槽的长度既可以彼此相等也可以互不相同。并且，沿长度方向相邻的槽之间的距离既可以均匀也可以不均匀。而且，沿宽度方向相邻的槽之间的距离既可以均匀也可以不均匀。例如如图5所示，凹部形成区域的每一个中可以纵横排列长度彼此相等的槽。或者，也可以像图6所示那样随机地排列各种长度的槽。
在采用图3至图5所示的结构的情况下，通过使槽大致平行并且适当地设定间距等，能够用这些槽构成衍射光栅。在采用图6所示结构的情况下，能够用这些槽形成单方向性扩散图案。另外，该单方向性扩散图案为呈现与槽的长度方向垂直的面内的扩散容量(拡散能)比与凹部形成层13的主平面垂直、并且与槽的长度方向平行的面内的扩散容量大的光扩散特性，即呈现光散射各向异性的图案。这里，作为一个例子，使区域131至133的每一个中设置的槽构成衍射光栅。
凹部形成层13能够通过例如用双光束干涉法在感光性树脂材料上记录全息照相图案的方法或用电子束描绘图案的方法形成。或者，也可以像在表面起伏型全息照相的制造中进行的那样，通过用设置了细微的线状凸起部的模具挤压树脂形成。例如，凹部形成层13可以通过加热设置了线状凸起的底版并将其压到基体材料11和反射层12的层叠体上形成的热可塑性树脂层上的方法，即通过热模压加工方法获得。或者，凹部形成层13也可以通过在基体材料11和反射层12的层叠体上涂敷紫外线硬化树脂，边将底版压在树脂上边从基体材料11一侧照射紫外线使紫外线硬化树脂硬化，然后除去底版的方法形成。
如果采用这些方法，能够在一个面内形成槽的长度方向不同的多个凹部形成区域。并且，如果采用这些方法，也能够在一个面内形成槽的深度、宽度和/或槽等不同的多个凹部形成区域。
上述底版可以通过进行字模的电铸获得，所述字模通过例如用双光束干涉法记录全息照相图案的方法、用电子束描绘图案的方法、或者用车刀切削的方法获得。在凹部形成层不具有上述那样的多样性的情况下，也可以通过研摩加工形成槽。
这些槽的深度在例如0.05μm至1μm的范围内。并且，槽的长度为例如0.5μm以上。槽的间距为例如0.1μm以上，典型的在0.75μm以上。并且，槽的间距在例如10μm以下，典型的在2μm以下。槽的间距小对于使液晶分子或其液晶原以高的有序度取向有利。
第2反射层14为例如铝蒸镀层等金属蒸镀层。反射层14被覆凹部形成层13的主面中整个凹部形成区域133，其他的区域不被被覆。
反射层14也可以仅被覆凹部形成区域133的一部分。或者，反射层14还可以被覆凹部形成区域131和132的一部分。反射层14还可以被覆区域134的一部分或全部。此时，反射层14还可以被覆凹部形成区域131和132的一部分。
反射层14的表面形状与其基底表面的形状相对应。其中，反射层14的表面上与凹部形成区域133中设置的多个第1槽相对应设置了多个第2槽。在凹部形成区域133中设置的多个第1槽构成衍射光栅的情况下，第2槽也构成衍射光栅。并且，在凹部形成区域133中设置的多个第1槽构成单方向性扩散图案的情况下，第2槽也构成单方向性扩散图案。
液晶层15被覆凹部形成层13和反射层14。以下将液晶层15中的区域131至134上形成的部分分别称为液晶部分151至154。而且，将光学元件10中与液晶部分151至154相对应的区域分别称为显示部101至104。
液晶层15由固化的液晶材料构成。即，液晶层15通过使具有流动性的液晶材料不流动而形成。
典型的液晶层15为通过紫外线或热使具有流动性的聚合性液晶材料硬化的高分子液晶层。高分子液晶层能够通过例如以下方法形成。首先，在凹部形成层13和反射层14上涂敷具有光聚合性的向列液晶材料。接着，向液晶材料照射紫外线，使产生它们的聚合。由此，能够获得液晶分子或其液晶原的长轴方向固定的液晶层15。作为液晶层15的材料也可以使用胆留醇型液晶材料或碟状液晶材料。
每个凹部形成区域131和132使包含液晶部分151的液晶分子或它们的液晶原沿槽的长度方向取向。这里，作为一个例子，各液晶部分151和152中使液晶原的长轴对齐在大致一个方向。即，这里使液晶原在液晶部分151中沿X方向取向，在液晶部分152中沿Y方向取向。
由于液晶原取向了，因此液晶部分151和152具有双折射性。由于液晶部分151中液晶原沿X方向取向，因此在该X方向上的折射率为异常光线折射率ne，在Y方向上的折射率为正常光线折射率nO。由于折射率ne比折射率nO大，因此液晶部分151的滞后轴与X方向平行，进相轴与Y方向平行。并且，液晶部分152的滞后轴与Y方向平行，进相轴与X方向平行。
典型的液晶部分153中，液晶原不以液晶部分151和152那么高的有序度进行取向，或者没有取向。并且，典型的液晶部分154中不以液晶部分153那么高的有序度进行取向，或者没有取向。其中，作为一个例子，液晶部分153和154中的液晶原没有取向。即，液晶部分153和154为光学各向同性。另外，液晶部分154中，通过例如在区域134上实施研摩处理等取向处理，能够使液晶原以比较高的有序度进行取向。
下面说明向该光学元件10照射白色光，用肉眼观察时能够看到的图像。另外，白色光为可见光范围内所有波长的非偏振光构成的光。
图7为表示图1和图2所示光学元件所显示的图像的一例的俯视图。当白色光照射到光学元件10上、用肉眼从正面观察时，如图7所示，显示部101、102和104不能够或者难以进行来自彼此的判断，显示部103容易进行来自显示部101、102和104的判断。对此更详细地进行说明。
作为入射到显示部101中的照明光的白色光透过图2所示的液晶部分151，入射到区域131中。由于区域131中设置的槽构成衍射光栅，因此该入射光的一部分作为衍射光入射到凹部形成层13中。透过凹部形成层13的衍射光被反射层12反射。由于反射层12具有光散射性，因此该反射光为散射光。该散射光透过凹部形成层13。由于凹部形成层13的前表面上设置有衍射光栅，加上从反射层12来的反射光为散射光，因此在一般的环境中照明光的入射角也是各种各样。因此，从反射层12来的反射光作为散射光入射到液晶部分151中。然后，该散射光透过液晶部分151，观察者觉察到该散射光作为显示光。因此，显示部101看起来是银白色。
显示部102和显示部101除其平面形状外，只有构成衍射光栅的槽的长度方向不同。如从上述说明能够明白的那样，在用肉眼观察显示部101时，衍射光栅不影响显示颜色和明亮度。因此，显示部102看起来也是银白色。
作为入射到显示部103中的照明光的白色光透过液晶部分153入射到反射层14中。由于反射层14上设置的槽构成衍射光栅，因此反射层14反射的光为衍射光。该衍射光透过液晶部分153，观察者觉察到该衍射光作为显示光。因此，显示部103看起来是彩虹色的。换言之，显示部103显示干涉色。
显示部104除其平面形状以外，只有在与凹部形成层13相对应的地方没有设置槽、液晶原没有取向的点上与显示部101不同。如从上述说明能够明白的那样，在用肉眼观察显示部101时，衍射光栅不影响显示颜色和明亮度。因此，显示部104看起来也是银白色。
这样一来，显示部101、102和104看起来是银白色，显示部103看起来是彩虹色。并且，显示部101、102和104的亮度大致相等。因此，当白色光照射到光学元件10上、从正面用肉眼观察时，如图7所示，显示部101、102和104不能够或者难以进行来自彼此的判断，显示部103容易进行来自显示部101、102和104中的判断。
另外，当白色光照射到光学元件10上、用肉眼观察时，即使改变观察角度，显示部101、102和104显示的颜色仍是银白色而没有变化，显示部103显示的颜色随观察角度而变化。并且，当保持观察角度倾斜不变、使光学元件10绕其法线转动时，显示部101、102和104显示的颜色仍保持银白色不变，显示部103显示的颜色随旋转角度变化。
接着，说明经由偏振器观察光学元件10时看到的图像。其中，作为一个例子，使用直线偏振光膜作为偏振器。
图8为概略地表示图1及图2所示光学元件与直线偏振光膜重叠时能够观察到的图像的一例的俯视图。
图8中这样重叠图1和图2所示的光学元件10与吸收型直线偏振光膜50：使从偏振光膜50一侧看光学元件10时，偏振光膜50的透射轴与X方向成逆时针方向45°的角度。采用这样的配置，当从正面观察时，如图8所示，显示部101至103容易进行来自显示部104的判断，显示部101和102容易进行来自显示部103的判断，并且不能够或者难以进行来自彼此的判断。对此更详细地进行说明。
当将白色光作为照明光照射到直线偏振光膜50上时，直线偏振光膜50使具有与其透射轴平行的偏振光面(电场矢量的振动面)的直线偏振光透过，吸收具有与其透射轴垂直的偏振光面的直线偏振光。
入射到显示部101中的直线偏振光透过图2所示的液晶部分151。液晶部分151中，液晶原与X方向大致平行地取向。即，从偏振光膜50一侧看去，液晶部分151的滞后轴与相对于偏振光膜50的透射轴沿逆时针方向旋转45°的方向平行。因此，例如上述直线偏振光中的某一特定波长λO的光成分，通过透过液晶部分151，变换成右圆偏振光，剩余的光成分通过透过液晶部分151变换成右椭圆偏振光。
这些右圆偏振光和右椭圆偏振光入射到区域131中。由于区域131中设置的槽构成衍射光栅，因此该入射光的一部分作为衍射光入射到凹部形成层13中。
透过凹部形成层13的作为衍射光的右圆偏振光和右椭圆偏振光被反射层12反射。右圆偏振光和右椭圆偏振光分别被反射层12反射，由此变换成左圆偏振光和左椭圆偏振光。并且，由于反射层12具有光散射性，因此该反射光为散射光。
该作为散射光的左圆偏振光和左椭圆偏振光透过凹部形成层13。由于凹部形成层13的前表面上设置有衍射光栅，加上从反射层12来的反射光为散射光，因此在一般的环境中照明光的入射角也各种各样。因此，从反射层12来的反射光作为散射光入射到液晶部分151中。
由于该入射光为散射光，因此包含向正面方向前进的光成分和向斜方向前进的光成分。向正面方向前进的光成分中的特定波长λ0的左圆偏振光透过液晶部分151，由此变换成偏振光面与偏振光膜50的透射轴垂直的直线偏振光。并且，剩余的光成分透过液晶部分151，由此变换成左椭圆偏振光或者左圆偏振光，或者变换成右椭圆偏振光或圆偏振光。
即，在仅注意具有与偏振光膜50的透射轴平行的偏振光面的光成分的情况下，显示部101射出的光成分的强度与入射到显示部101中的光成分的强度之比具有波长依存性。换言之，偏振光膜50射出的显示光的强度与入射到偏振光膜50中的照明光的强度之比具有波长依存性。因此，显示部101看起来被着色。另外，后面将参照算式说明显示部101看起来被着色的原因。
显示部102与显示部101除其平面形状以外，仅在构成衍射光栅的槽的长度方向相差90°这一点上不同。因此，显示部102除了圆偏振光或椭圆偏振光的偏振光面的旋转方向相反以外，与对显示部101说明过的一样动作。因此，显示部102看起来与显示部101一样着色。
显示部103的液晶部分153为光学各向同性。因此，显示部103射出的光理想情况下不被偏振光膜50吸收，而是透过偏振光膜50。因此，显示部103看起来是彩虹色。
显示部104除了其平面形状外，仅在与凹部形成层13相对应的地方没有设置槽、液晶原没有取向这一点上与显示部101不同。即，显示部104中，区域134不包含衍射光栅，液晶部分154为光学各向同性。因此，显示部104射出的光理想情况下不被偏振光膜50吸收，而是透过偏振光膜50。因此，显示部104看起来为银白色。
另外，典型的液晶部分153和154中液晶原稍微取向。即，典型的液晶部分153和154稍有光学各向异性。下面说明其原因。
在凹部形成层13的前表面设置了槽的情况下，在这些槽的上部，槽有可能影响液晶原的取向。并且，在液晶层15的基底平坦并且没有实施取向处理的情况下，液晶层15的形成方法有时影响液晶原的取向。例如，当在一个方向上涂敷了液晶层15的材料时，即使在液晶层15的基底平坦并且没有实施取向处理的情况下，液晶原也有时稍微取向。
由于这样的原因，液晶部分153和154中液晶原稍微取向，结果液晶部分153和154有时稍有光学的各向异性。但是，在这种情况下虽然显示部103和104稍有着色，但不影响这些显示部的观察方法或显示部之间的判断。
这样一来，显示部101和102看起来被着色，显示部103看起来为彩虹色，显示部104看起来为银白色。并且，显示部101和102的明亮度大致相等。因此在偏振光膜50重叠到光学元件10上、将白色光照射到它们上面、从正面观察的情况下，如图8所示，容易进行来自显示部101至103的判断，显示部101和102的来自显示部103的判断容易进行，并且不可能或者难以进行来自彼此的判断。
另外，此时来自显示部101和102彼此的判断，理论上是不可能的。但是，由于偏振光膜50和凹部形成层3上设置的槽的精度不同，在显示部101和102之间显示光的光谱产生不同，结果有时能够从彼此判断出这些。
在此，参照算式说明显示部101看起来被着色的原因。另外，假设液晶部分151对波长为λ0的光起四分之一波长板的作用。
偏振光膜50沿法线方向射出的波长λ0的直线偏振光可以认为是偏振光面与X方向垂直的直线偏振光成分与偏振光面与Y方向垂直的直线偏振光成分之和。如上所述，液晶部分151在X方向上的折射率为异常光线折射率ne，在Y方向上的折射率为正常光线折射率nO。因此，液晶部分151分别在去路和回路上给这些直线偏振光成分赋予λO/4的相位差。即，液晶部分151给这些直线偏振光成分赋予合计λO/2的相位差。因此，显示部101沿法线方向射出的波长为λ0的光不能够透过偏振光膜50。
但是，延迟Re如以下等式(1)所示，依存于液晶层的膜厚d及其双折射性Δn。
Re＝Δn×d…(1)
其中，Δn＝ne-n0。
使一对直线偏振光膜的透射轴正交地相对置，在它们之间设置液晶层，使其光学轴与直线偏振光膜的透射轴成45°夹角。当从其法线方向向一个直线偏振光膜照射波长为λ的光时，假设入射到液晶层的光的强度为I0，透过另一个直线偏振光膜的光的强度为I，则强度I可以用下述等式(2)表示。
I＝I0×sin2(Re×π/λ)…(2)
双折射性Δn具有波长依存性，双折射性Δn与波长n不存在比例关系。因此，如从等式(2)能够明白的那样，透射光的光谱具有与入射光的光谱不同的曲线。
这样一来，如果用一对直线偏振光膜夹着液晶层，能够获得光谱曲线与入射光不同的透射光。同样，在用直线偏振光膜和反射层夹着液晶层的情况下，也能够获得光谱曲线与入射光不同的反射光。由于这样的原因，显示部101看起来被着色。
图9为表示图1及图2所示光学元件所显示的图像的其他例的立体图。如图9所示，当从图8所示的状态开始在与X方向垂直的面内倾斜观察方向时，除衍射光栅产生的显示部103显示的颜色变化外，显示部101和102显示的颜色也向互不相同的颜色变化。结果，来自显示部101和102的彼此的判断变得容易。例如，如果从法线方向观察时显示部101和102看起来是橙色的话，则通过在与X方向垂直的面内倾斜观察方向，显示部101变化成红色，显示部102变化成绿色。下面说明显示部101和102产生颜色变化的原因。
当倾斜观察角度θ时，除了液晶层实际的双折射性Δn′从双折射性Δn变化外，下述等式(3)表示的液晶层的实际膜厚d′比液晶层实际的膜厚d的2倍还要大。
d’＝2d/cosθ…(3)
即，上述等式(1)表示的延迟Re随观察角度的变化而改变，因此，上述等式(2)表示的强度I变化。结果，显示光的光谱曲线随观察角度的变化而变化。
双折射性Δn′依存于照明光的入射角和向与照明光的传输方向平行的直线液晶层的主面上的投影与液晶层的光学轴之间的角度。具体为，由于液晶部分151的光学轴与X方向平行，因此即使观察方向在与X方向垂直的面内倾斜，液晶部分151的双折射性Δn′也不变化。与此相对，液晶部分152的双折射性Δn′由于其光学轴与Y方向平行，因此随观察方向在与X方向垂直的面内倾斜而变化。
这样一来，当观察方向在与X方向垂直的面内倾斜时，显示部101产生实际的膜厚d′变化引起的颜色变化。与此相对应，当观察方向在与X方向垂直的面内倾斜时，显示部101产生实际的膜厚d′变化和实际的双折射性Δn′变化引起的颜色变化。因此，当观察方向在与X方向垂直的面内倾斜时，显示部101和102显示的颜色向互不相同的颜色变化，结果容易进行来自显示部101和102彼此的判断。
图10为表示图1及图2所示光学元件所显示的图像的另外的其他例的立体图。
图10描绘了从图9所示的状态开始保持光学元件10与偏振光膜50重叠不变、绕其法线方向将光学元件10旋转90°时能够观察到的图像。当保持观察方向倾斜不变，使光学元件10和偏振光膜50一起绕其法线旋转90°时，在显示部101和显示部102之间显示的颜色交替。并且，当增大旋转角度时，在0°～45°的范围内，由衍射光栅产生的显示部103的显示颜色随衍射光栅实际的光栅常数变大而产生变化，在45°～90°的范围内产生与此相反的变化。因此，显示部103显示的颜色在旋转前和旋转后彼此相同。另外，在从图9所示的状态开始仅使光学元件10绕其法线旋转90°的情况下也产生参照图10说明过的颜色的变化。
如此这般，图1及图2所示光学元件10所显示的图像根据观察条件、像以下的例子表示的那样多样变化。
·在没有偏振光膜50、从法线方向观察的情况下，显示部101和102彼此显示相同的颜色。
·在没有偏振光膜50、从法线方向观察的情况下与在没有偏振光膜50、从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102显示相同的颜色。
·在通过偏振光膜50从法线方向观察的情况下，显示部101和102彼此显示大致相同的颜色。
·在通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102显示互不相同的颜色。
·在通过偏振光膜50从法线方向观察的情况下与在通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102显示不同的颜色。
·在固定偏振光膜50的位置和方位、使光学元件10绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102产生颜色变化。
·在固定光学元件10的位置和方位、使偏振光膜50绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102产生颜色变化。
·在固定偏振光膜50的位置和方位、使光学元件10绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102显示的颜色交替。
·在固定光学元件10和偏振光膜50的相对配置、使它们绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102显示的颜色交替。
·显示部103显示干涉色。另外，在凹部形成区域133中设置的槽构成单方向性扩散图案的情况下，显示部103表示为光散射各向异性。
·显示部103的颜色和明亮度随观察角度而变化。
·在使光学元件10绕其法线旋转并从倾斜方向观察的情况下，显示部103产生颜色变化。
·在使偏振光膜50绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部103不产生颜色变化。但是，在液晶部分153不完全是光学各向同性的情况下，使偏振光膜50绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察时，显示部103稍微产生颜色变化。
·在没有偏振光膜50从法线方向观察的情况下，显示部104显示与显示部101和102相同的颜色。
·在没有偏振光膜50、从法线方向观察的情况下与在没有偏振光膜50、从倾斜方向观察的情况下，显示部104显示相同的颜色。但是，在液晶部分154不完全是光学各向同性的情况下，没有偏振光膜50、从法线方向观察时和没有偏振光膜50、从倾斜方向观察时，显示部104显示稍微不同的颜色。
·在使光学元件10绕其法线旋转并从倾斜方向观察的情况下，显示部104不产生颜色变化。
·在使偏振光膜50绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部104不产生颜色变化。但是，在液晶部分154不完全是光学各向同性的情况下，使偏振光膜50绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察时，显示部104稍微产生颜色变化。
如上所述，由于图1及图2所示光学元件10所显示的图像根据观察条件不同多样化变化，因此该光学元件10能够提供例如优良的防伪效果、装饰效果和/或美化效果。
例如，在将包含该光学元件10和支承该光学元件的物品的带标签的物品作为真品的情况下，当不知是否为真品的物品没有显示上述特征中的一个以上的特征时，能够判断为该物品为非真品。即，能够在真品与非真品之间判断不知是否为真品的物品。因此，能够防止或抑制例如有价证券、银行券、身份证明书等证明书以及信用卡等印刷品或美术作品等高级品的伪造。并且，包含该光学元件10和偏振光膜50的光学配套元件(kit)除了可以用于上述真伪判断外，还可以作为玩具、学习教材或装饰品等使用。即，该光学元件10除了可以作为安全装置使用外，还可以用于其他用途。
下面说明本发明的第2形态。
图11为概略地表示本发明的第2形态涉及的光学元件的剖视图。
该光学元件10除采用以下的结构以外，具有与参照图1和图2说明过的光学元件10相同的结构。即，该光学元件10中，与凹部形成层13的凹部形成区域131相对应的部分比与凹部形成层13的凹部形成区域132相对应的部分厚。并且，液晶部分151比液晶部分152薄。并且，凹部形成区域131中设置的槽的长度方向与Y方向平行。
在用肉眼观察时，该光学元件10显示与参照图7说明过的光学元件10相同的图像。但是，在通过偏振器观察时，该光学元件10显示与参照图1和图2说明过的光学元件10不同的图像。
图12为概略地表示图11所示光学元件与直线偏振光膜重叠时能够观察到的图像的一例的俯视图。图13为表示图11所示光学元件所显示的图像的其他例的立体图。图14为表示图11所示光学元件所显示的图像的另外的其他例的立体图。
图12至图14中将图11所示的光学元件10与吸收型直线偏振光膜50这样重叠：当从偏振光膜50一侧看光学元件10时，偏振光膜50的透射轴与X方向成逆时针45°的角度。采用这样的配置，从正面观察时，如图12所示，显示部101至104容易进行来自彼此的判断。对此进行更详细的说明。
如从使用了等式(1)和等式(2)的说明能够明白的那样，光学元件10与偏振光膜50重叠、从正面观察时显示部101和102显示的颜色依存于液晶部分151和152的厚度d。由于液晶部分151和液晶部分152的厚度不同，因此显示部101和102显示不同的颜色。例如，显示部101和102中的一个看起来是红色，另一个看起来是黄色。
如此这般，当将偏振光膜50重叠在光学元件10上并从正面观察时，显示部101和102显示不同的颜色。因此，从图12所示的状态开始在与X方向垂直的面内倾斜观察方向时，显示部101所显示的颜色与从图9所示的状态开始在保持光学元件10与偏振光膜50重叠的状态下绕其法线旋转90°时显示部102显示的颜色不同。同样，从图12所示的状态开始在与X方向垂直的面内倾斜观察方向时显示部102所显示的颜色，与从图9所示的状态开始在保持光学元件10与偏振光膜50重叠的状态下绕其法线旋转90°时显示部101显示的颜色不同。
即，该光学元件10与参照图1和图2说明过的光学元件10不同，没有以下特征：
·在通过偏振光膜50从法线方向观察的情况下，显示部101和102彼此显示大致相同的颜色。
·在固定偏振光膜50的位置和方位、使光学元件10绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102显示的颜色交替。
·在固定光学元件10和偏振光膜50的相对配置、使它们绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102显示的颜色交替。
取而代之，该光学元件10具有以下特征：
·在通过偏振光膜50从法线方向观察的情况下，显示部101和102显示不同的颜色。
·在固定偏振光膜50的位置和方位、使光学元件10绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102显示互不相同颜色并产生颜色变化。
·在固定光学元件10和偏振光膜50的相对配置、使偏振光膜50绕其法线旋转并通过偏振光膜50从倾斜方向观察的情况下，显示部101和102显示互不相同的颜色并产生颜色变化。
因此，该光学元件10也与参照图1和图2说明过的光学元件10一样能够提供例如优良的防伪效果、装饰效果和/或美化效果。因此，在将包含该光学元件10和支承该光学元件的物品的带标签的物品作为真品的情况下，当不知是否为真品的物品没有显示上述特征中的一个以上的特征时，能够判断为该物品为非真品。即，能够在真品与非真品之间判断不知是否为真品的物品。并且，包含该光学元件10和偏振光膜50的光学配套元件除了可以用于上述真伪判断外，还可以作为玩具、学习教材或装饰品等使用。即，该光学元件10除了可以作为安全装置使用外，还可以用于其他用途。
在使液晶部分151和液晶部分152的厚度不同的情况下，使它们的厚度差在例如0.1μm至5μm的范围内。当该差值小时，在通过偏振光膜50观察的情况下，显示部101与显示部102难以从彼此进行判断。该差值大时，在更厚的液晶部分难以使液晶原以高的有序度取向。结果，通过偏振光膜50观察时，难以显示与设计同样的颜色。
上述光学元件10可以进行各种变形。
例如，可以使反射层12前表面的一部分为没有细微的凹凸结构的平坦的镜面。此时，可以在凹部形成层13前表面上与反射层12的镜面相对应的区域的至少一部分上设置构成衍射光栅的多个槽。如果这样，即使在肉眼观察的情况下也能够将这部分与其他部分进行判断。
光学元件10还可以在反射层12与凹部形成层13之间具备光学的大致各向同性的透明或半透明层。如果使用这样的中间层，能够提高反射层12与凹部形成层13的紧密性或者能够防止反射层12前表面上设置的凹凸结构影响凹部形成层13前表面的形状。
光学元件10还可以包含以下说明的保护层或粘着层。
图15为表示图1所示的光学元件的一个变形例的剖视图。
图15所示的光学元件10除了还包含被覆液晶层15的保护层16外，还具有与参照图1和图2说明过的光学元件10相同的结构。如果设置保护层16，能够不容易产生液晶层15等的损伤或光劣化，因此能够抑制光学元件10所显示的图像的劣化。
作为保护层16的材料，可以使用例如耐损伤性好的硬涂层材料。并且，作为保护层16的材料，典型的使用透明性高的材料。保护层16既可以是无色透明也可以是有色透明。
图16为表示图1所示光学元件的其他变形例的剖视图。
图16所示的光学元件10除了还包含被覆基体材料11的里面的粘着层17外，还具有与参照图15说明过的光学元件10相同的结构。该光学元件10适合用于粘贴到物品上使用的用途。另外，粘着层17也可以用剥离纸被覆。
也可以从光学元件10中省略显示部103。即，第2反射层14可以省略。此时，除了不能获得有关显示部103说明过的视觉效果外，能够获得与上述相同的效果。
图1和图2所示光学元件10也可以使显示部101和显示部102相邻接。如上所述，在使图1及图2所示的光学元件10与偏振光膜50重叠、从正面观察的情况下，显示部101和102显示大致相同的颜色。因此，如果使显示部101与显示部102相邻接，显示部101与显示部102的边界不能够或者难以判断出来。即，此时，构成潜像，该潜像通过重叠偏振光膜50、使观察方向在与X方向垂直的面内从近似垂直的方向倾斜，使显示部101和显示部102可视化。
区域134中也可以设置槽或实施研摩处理和光取向处理等取向处理。并且，也可以在液晶部分154的至少一部分上进行取向，使液晶原沿那些槽的长度方向。例如，可以在液晶部分154的至少一部分上进行取向，使液晶原与Z方向大致垂直、相对于X方向倾斜，最好是成45°角度。
如果这样，在没有偏振光膜50、从相对于Z方向倾斜的方向观察的情况下与没有偏振光膜50、从Z方向观察的情况下，显示部104显示相同的颜色。并且，当通过偏振光膜50从Z方向观察时，显示部104显示与没有偏振光膜50、从Z方向观察时不同的颜色。并且，当通过偏振光膜50从相对于Z方向倾斜的方向观察时，显示部104显示与没有偏振光膜50、从Z方向观察时和通过偏振光膜50从Z方向观察时不同的颜色。并且，在通过偏振光膜50从Z方向观察的情况下，显示部104显示与显示部101至103不同的颜色。
上述光学元件10中，反射层12设置在基体材料11的液晶层15一侧的主面上。也可以取而代之，将反射层12设置在基体材料11的液晶层15一侧的主面的里面上，或者设置在液晶层15的基体材料11一侧的主面的里面上。但是，此时基体材料11需要是透光性。并且，此时典型的基体材料11需要没有双折射性。
也可以使用镜面反射性的反射层取代具有光散射性的反射层作为反射层12。但是，此时不能够获得上述效果中由反射层12的光散射性产生的效果。例如，在区域131和132中设置的槽构成衍射光栅的情况下，当用肉眼观察光学元件10时，区域131和132有可能看起来是互相不同的颜色。
也可以使用板状的偏振器等其他形态的偏振器取代使用偏振光膜50作为偏振器。并且，也可以使用圆偏振器或椭圆偏振器取代直线偏振器。此时，能够观察到与使用直线偏振器时不同的颜色变化。因此，能够获得更复杂的视觉效果。
对本领域技术人员来说，很容易取得更大的利益和进行变形。因此，从其更广泛的层面来讲，本发明并不局限于这里记载的特定的记载和代表性的形态。因此，在不脱离附加的权利要求的范围及其等价概念规定的本发明的包含概念的本意或范围的范围内，能够进行各种变形。

Claims (24)

1.一种光学元件，包含层叠体和与上述层叠体相对的第1反射层，所述层叠体包括透光性凹部形成层和液晶层，所述凹部形成层的一个主面包括一个以上的凹部形成区域，所述凹部形成区域中分别设置有多个长度方向对齐、并且在与上述长度方向交叉的方向上相邻的第1槽，所述液晶层由支承在上述主面上并且固化的液晶材料构成。
2.如权利要求1所述的光学元件，上述第1反射层具有光散射性。
3.如权利要求2所述的光学元件，上述第1反射层将上述凹部形成层夹在中间地与上述液晶层相对。
4.如权利要求2所述的光学元件，上述第1反射层包含金属反射层。
5.如权利要求2所述的光学元件，上述第1反射层包含一层或多层电介质膜。
6.如权利要求2所述的光学元件，还具备介于上述凹部形成层与上述液晶层之间、并且被覆上述一个以上的凹部形成区域的一部分的第2反射层；在上述第2反射层中的被覆上述凹部形成区域的部分的表面上，与上述多个第1槽相对应设置有多个第2槽。
7.如权利要求6所述的光学元件，上述主面包括多个没被上述第2反射层被覆的上述凹部形成区域；这些凹部形成区域中的至少一个凹部形成区域的上述长度方向与其他凹部形成区域的上述长度方向不同。
8.如权利要求6所述的光学元件，上述主面还包含没有设置槽的区域；上述第2反射层还被覆没有设置上述槽的区域的至少一部分。
9.如权利要求6所述的光学元件，上述第2反射层包含金属反射层。
10.如权利要求6所述的光学元件，上述第2反射层包含一层或多层电介质膜。
11.如权利要求1所述的光学元件，上述主面包括多个上述凹部形成区域；这些凹部形成区域中的至少一个凹部形成区域的上述长度方向与其他凹部形成区域的上述长度方向不同。
12.如权利要求1所述的光学元件，上述主面还包含没有设置槽的区域。
13.如权利要求1所述的光学元件，上述液晶层包含膜厚互不相同的多个部分。
14.如权利要求1所述的光学元件，上述一个以上的凹部形成区域中的至少一个中，上述多个槽形成衍射光栅。
15.如权利要求1所述的光学元件，上述一个以上的凹部形成区域中的至少一个中，上述多个槽形成单方向性扩散图案。
16.如权利要求1所述的光学元件，上述液晶材料的液晶原呈向列相。
17.如权利要求1所述的光学元件，还具备将上述层叠体夹在中间、与上述第1反射层相对的保护层。
18.如权利要求1所述的光学元件，上述一个以上的凹部形成区域的每一个中，上述多个第1槽的深度在0.05μm～1μm的范围内，以0.1～10μm的间距排列。
19.一种带标签的物品，包含权利要求1所述的光学元件和支承该光学元件的物品。
20.一种光学配套元件，包含权利要求1所述的光学元件和偏振器。
21.一种在真品与非真品之间判断不知是否为真品的物品的方法，上述真品为支承有权利要求1所述的光学元件的物品，该方法包括：
在上述不知是否为真品的物品不包含下述潜像的情况下判断为上述不知是否为真品的物品为非真品，该潜像在没有偏振器、从相对于上述一个主面倾斜的方向观察的情况，以及没有上述偏振器、从相对于上述一个主面垂直的方向观察的情况的某个中，都不可视化；通过上述偏振器从相对于上述主面垂直的方向观察的情况下为可视化；
或者，在上述不知是否为真品的物品不包含下述第1显示部的情况下判断为上述不知是否为真品的物品为非真品，该第1显示部在没有偏振器、从相对于上述一个主面倾斜的方向观察时与没有上述偏振器、从相对于上述一个主面垂直的方向观察时显示相同的颜色，通过上述偏振器从相对于上述主面垂直的方向观察时与没有上述偏振器、从相对于上述一个主面垂直的方向观察时显示不同的颜色，通过上述偏振器从相对于上述一个主面倾斜的方向观察时与没有上述偏振器、从相对于上述一个主面垂直的方向观察时以及通过上述偏振器从相对于上述主面垂直的方向观察时显示不同的颜色。
22.如权利要求21所述的方法，上述第1反射层具有光散射性，上述第1显示部射出散射光。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：在上述不知是否为真品的物品包含上述潜像或上述第1显示部的情况下，当使上述不知是否为真品的物品绕上述一个主面的法线旋转的同时通过上述偏振器从相对于上述一个主面倾斜的方向观察时，如果上述潜像或上述第1显示部所显示的颜色不发生变化时，则判断为上述不知是否为真品的物品为非真品。
24.如权利要求22所述的方法，上述光学元件还具备介于上述凹部形成层与上述液晶层之间并且被覆上述一个以上的凹部形成区域的一部分的第2反射层；在上述第2反射层中的被覆上述凹部形成区域的部分的表面上与上述多个第1槽相对应设置有多个第2槽；
在上述不知是否为真品的物品不包含第2显示部的情况下，判断为上述不知是否为真品的物品为非真品，该第2显示部显示干涉色或表示光散射各向异性。
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