CN102402015A - 薄膜装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜装置和薄膜装置的制作方法。所述薄膜装置包括偏振光反射层和位于所述偏振光反射层之上的透射层。所述透射层包括第一区域、第二区域和第三区域。所述第一区域和所述第二区域为光学各向异性区域，并被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在分别经过所述第一区域和所述第二区域之后变为彼此正交偏振。所述第三区域被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在经过所述第三区域之后发出的透射光与分别经过所述第一区域和所述第二区域之后发出的透射光都不是正交偏振的。这样当观察者佩戴相应的眼镜观察时，能够看到三维的图像。而当观察者裸眼观察时，无法看到图像。

Description

薄膜装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及三维图像领域，特别涉及能够产生三维图像的薄膜装置及其制作方法。

背景技术

目前，三维图像已在各个领域得到了广泛的应用。例如，3D电影、3D电视等三维显示模式以其层次分明、色彩鲜艳、视觉冲击力强等特点赢得了人们的青睐。

另一方面，防伪技术是一种用于识别真伪并防止假冒的技术。随着防伪技术的不断发展，防伪产品已经广泛应用于各个领域，特别是货币、有价证券、证照、印章、医药、食品、化妆品、包装盒、书籍等。可以说，防伪技术与我们的日常生活密切相关。

在众多的防伪技术中，三维成像防伪技术以其安全难仿造、简单易识别等特点成为防伪技术中的研究热点。三维成像的基本原理在于设法使观察者的双眼能够接收到互不干扰的两个图像，而且这两个图像符合实际物体的视觉逻辑关系。这样，观察者的大脑能够根据以往的视图经验将这两个图像合成三维图像，从而实现三维立体的视觉效果。

现有的三维成像防伪产品可以分为眼镜式和裸眼式两类。其中，眼镜式防伪产品包括设有至少两种防伪图像的防伪元件和与之配套的眼镜。当观察者佩戴专门的眼镜观察防伪元件时，其双眼能够分别接收到互不干扰的图像。例如，防伪元件上设有由红蓝两色图像构成的三维图像，配套眼镜的一个镜片能够滤去蓝色图像，另一个镜片能够滤去红色图像。这样，观察者的双眼能够接收到不同的图像，从而在大脑中建立起三维图像。眼镜式三维防伪技术中的眼镜还包括偏振眼镜、快速切换式眼镜和头盔式眼镜等多种类型。

裸眼式三维防伪技术是在防伪元件中设置分光结构，从而将两个图像分别反射到观察者的左眼和右眼，产生三维立体的视觉效果。裸眼式三维防伪技术包括全息光栅、遮挡式和透镜式。

本发明的发明人对以上三维防伪方法进行了深入研究，发现存在以下问题：

对于现有的眼镜式和裸眼式防伪元件，观察者裸眼观察时始终能够看到图像。具体来说，当观察者裸眼观察眼镜式的防伪元件时，观察者能够看到模糊的图像；而当观察者观察裸眼式防伪元件时，能够看到立体图像。由于裸眼观察就能看到防伪图像，使得防伪图像过早暴露，防伪效果不佳。

发明内容

本发明的发明人发现，对于现有的眼镜式和裸眼式薄膜装置，观察者裸眼观察时始终能够看到图像，防伪效果不佳。因此，针对该问题提出了一种新的技术方案。

本发明的一个目的是提供一种薄膜装置及其制作方法，能够使观察者裸眼观察薄膜装置时无法看到所设计的图像；而佩戴相应的眼镜观察时，能够看到三维立体的图像。

根据本发明的第一方面，提供了一种薄膜装置，包括偏振光反射层和位于所述偏振光反射层之上的透射层。所述透射层包括第一区域、第二区域和第三区域。所述第一区域和所述第二区域为光学各向异性区域，并被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在分别经过所述第一区域和所述第二区域之后变为彼此正交偏振。所述第三区域被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在经过所述第三区域之后发出的透射光与分别经过所述第一区域和所述第二区域之后发出的透射光都不是正交偏振的。

可选地，所述第三区域为各向同性区域；或者所述第三区域为各向异性区域，其光轴与所述第一区域和第二区域的光轴的夹角均为45°。

优选地，透射层的光学厚度为所述偏振光反射层所产生的偏振反射光的波长的四分之一。

优选地，所述透射层的材料为向列相液晶。

在本发明薄膜装置的一种实施例中，所述偏振光反射层可以为线偏振光反射层。

优选地，所述线偏振光反射层为零级衍射光栅。

优选地，所述透射层的第一区域和第二区域的光轴彼此垂直，并且与所述线偏振反射光的偏振方向均形成45°的夹角。

优选地，所述薄膜装置还包括位于所述线偏振光反射层之下的背景吸收层。

在本发明薄膜装置的另一种实施例中，所述偏振光反射层可以为圆偏振光反射层。

优选地，所述圆偏振光反射层为胆甾相液晶层。

优选地，所述薄膜装置还包括位于所述圆偏振光反射层之下的背景吸收层。

优选地，所述透射层的第一区域和第二区域的光轴彼此垂直。

根据本发明的第二方面，还提供了一种薄膜装置的制作方法，包括：形成偏振光反射层和位于所述偏振光反射层之上的透射层。其中，所述透射层包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域和所述第二区域为光学各向异性区域，并被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在分别经过所述第一区域和所述第二区域之后变为彼此正交偏振。所述第三区域被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在经过所述第三区域之后发出的透射光与分别经过所述第一区域和所述第二区域之后发出的透射光都不是正交偏振的。

优选地，所述透射层的光学厚度为所述偏振光反射层所产生的反射光波长的四分之一。

优选地，所述透射层的材料为向列相液晶。

在本发明薄膜装置的制作方法的一种实施例中，包括：

形成线偏振光反射层。

在所述线偏振光反射层的表面形成透射层。

优选地，所述线偏振光反射层为零级衍射光栅。

优选地，所述透射层的制作包括：

在所述线偏振光反射层的表面涂布偏振光敏材料。

使用偏振光按照预设图形分别沿第一方向和第二方向照射所述偏振光敏材料。其中所述第一方向和第二方向彼此垂直，并且与所述线偏振反射光的偏振方向均形成45°的夹角。

使用偏振光沿第三方向照射所述偏振光敏材料的预定区域，所述第三方向与所述第一方向和第二方向的夹角为45°；或者对该预定区域不进行曝光处理。

在光敏材料表面涂布透射层，从而形成所述透射层的第一区域、第二区域和第三区域。

将所述透射层交联固化。

在本发明薄膜装置的制作方法的另一种实施例中，包括：

形成透射层。

在所述透射层的表面形成圆偏振光反射层。

优选地，所述透射层的制作包括：

在基材表面涂布偏振光敏材料。

使用偏振光按照预设图形分别沿第一方向和第二方向照射所述偏振光敏材料，其中所述第一方向和第二方向彼此垂直。

使用偏振光沿第三方向照射所述偏振光敏材料的预定区域，所述第三方向与所述第一方向和第二方向的夹角为45°；或者对该预定区域不进行曝光处理。

在光敏材料表面涂布透射层，从而形成所述透射层的第一区域、第二区域和第三区域。

优选地，所述圆偏振光反射层的制作是在所述透射层的表面涂布胆甾相液晶层。

优选地，该方法还包括将所述透射层和圆偏振光反射层交联固化。之后，剥离所述基材层。

优选地，上述方法还包括：在所述线偏振光反射层或者圆偏振光反射层的表面形成背景吸收层。

当入射光照射薄膜装置时，光学路径是这样的：入射光穿过透射层，在此过程中不受透射层的影响。入射光到达偏振光反射层后被反射，形成偏振反射光。根据偏振光反射层的种类不同，该偏振反射光可以为线偏振光，也可以为圆偏振光。由于透射层的厚度为该偏振反射光的波长的四分之一，并且第一区域和第二区域的光轴方向沿特定方向，经过透射层的上述两个区域的出射光彼此正交偏振。

这样，当观察者佩戴相应的眼镜观察时，由于一个镜片只允许第一区域的出射光透过，另一镜片只允许第二区域的出射光透过，第三区域的出射光能够透过两个镜片，则观察者双眼所接收的图像为第三区域的背景图像和第一区域和第二区域的设计图像，而这两个设计图像符合实际的位置逻辑关系。这样，观察者的大脑能够根据视图经验将这两个设计图像合成立体图像，从而实现三维立体的观察效果。而当观察者裸眼观察时，观察者只能感知出偏振出射光的波长和幅度，不能感知其偏振态，也就不会感知经三个区域的出射光存在的偏振差异。因此观察者不会看到所设计的图像。

通过采用本发明的薄膜装置，观察者裸眼观察时看不到所设计的图像；而佩戴眼镜观察时能够看到三维图像。

根据本发明的薄膜装置可以出于任何与呈现三维图像有关的目的，例如艺术欣赏、商标设计、信息展示、防伪等，设置在任何可以设置薄膜装置的物体上，例如纸张、书籍、包装盒、货币、有价证券、证照、印章、医药、食品、化妆品等。

当例如使用根据本发明的薄膜装置作为防伪元件时，在平时使用时，产品的防伪图像处于隐身状态；在防伪鉴别时，可以轻易地显现出三维立体的防伪图像。采用本发明的防伪元件，能够达到更好的防伪效果，安全可靠性得到进一步提高。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1是根据本发明薄膜装置的一个实施例的结构示意图。

图2是根据本发明薄膜装置的另一个实施例的结构示意图。

图3是根据本发明薄膜装置的又一个实施例的结构示意图。

图4是根据本发明薄膜装置的再一个实施例的结构示意图。

图5是根据本发明薄膜装置的制作方法的一个实施例的流程图。

图6是图5中的步骤S12的具体流程图。

图7是根据本发明薄膜装置的制作方法的另一个实施例中的形成透射层的具体流程图。

图8A-8D是利用掩模版实现三维立体效果的示意图。

图9是根据本发明薄膜装置的制作方法的又一个实施例的流程图。

图10是图9中的步骤S21的具体流程图。

图11是根据本发明薄膜装置的制作方法的再一个实施例的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面以薄膜装置用作防伪元件为例，来说明本发明的薄膜装置及其制作方法。

薄膜装置

本发明提供了一种薄膜装置，包括透射层和偏振光反射层。其中，偏振光反射层位于透射层之下。透射层包括第一区域、第二区域和第三区域。其中，第一区域和第二区域为光学各向异性区域，可通过设置透射层的厚度及其第一区域和第二区域的光轴方向，使得经过上述两区域的出射光彼此正交偏振。具体地，可以将该层的光学厚度调整为偏振光反射层所产生的偏振反射光的波长的四分之一，并且两区域的光轴设定为特定方向，使得最终的偏振出射光彼此正交偏振。第三区域被设置为使得偏振光反射层的偏振反射光在经过该第三区域之后发出的透射光与分别经过第一区域和第二区域之后发出的透射光都不是正交偏振的。

所谓正交偏振是指两列偏振出射光的光矢量满足：E₁·E₂ ^＊＝0。其中，＊表示共轭复量。对于线偏振光，正交性意味着光矢量彼此垂直；对于圆偏振光，右旋圆偏振光 $\left(\begin{array}{c}1\\ -i\end{array}\right)$ 与左旋圆偏振光 $\left(\begin{array}{c}1\\ i\end{array}\right)$ 互为正交；对于椭圆偏振光，右旋椭圆偏振光与左旋椭圆偏振光互为正交。例如， $\left(\begin{array}{c}1\\ -2i\end{array}\right)$ 与 $\left(\begin{array}{c}2\\ i\end{array}\right)$ 表示一对特定正交态的椭圆偏振态。

可选地，当偏振光反射层所产生的偏振反射光的波长为一定范围时(例如整个可见光波段)，则各向异性层的光学厚度可以为该波段平均波长的四分之一，或者为人眼最敏感的波长(550nm)的四分之一。

优选地，透射层的材料可以选用向列相液晶。向列相液晶的分子呈平行排列，且指向相同。向列相液晶具有双折射率，在其分子轴向和径向的光折射率不同。由于折射率不同，偏振光经过向列相液晶时会产生相位差。向列相液晶层可将入射的线偏振光转变为圆偏振光，或者将入射的圆偏振光转变为线偏振光。这与向列相液晶的材料、厚度和光轴取向有关。当然，透射层也可以选用其他材料，只要能够满足透射层的不同区域的出射光彼此正交偏振即可。

为了形成三维图像，需要考虑人体视物的生理学因素和心理学因素，第一区域和第二区域的设计图像应当设置为使得所形成的两个图像符合实际物体的位置逻辑关系。

当用入射光照射薄膜装置时，自然光穿过透射层，在此过程中不受透射层的影响。到达偏振光反射层后被反射形成偏振反射光。由于偏振光反射层的种类不同，该偏振反射光可以为线偏振光也可以为圆偏振光。由于透射层的厚度为该偏振反射光的波长的四分之一，并且第一区域和第二区域的光轴沿特定方向设置，可使得经过透射层的上述两区域的出射光彼此正交偏振。

此时，当观察者佩戴相应的眼镜观察时，由于一个镜片只允许第一区域的出射光透过，另一镜片只允许第二区域的出射光透过，第三区域的出射光能够透过两个镜片，则观察者双眼所接收的图像为背景图像(第三区域的图像)和互不干涉的两个设计图像(第一区域和第二区域的图像)，而且这两个设计图像符合实际的位置逻辑关系。这样，观察者能够看到三维立体的观察效果。

而当观察者裸眼观察时，由于观察者只能感知出偏振出射光的波长和幅度，不能感知光的偏振态，即观察者的左眼和右眼均能接收到来自透射层的各个区域的出射光，因此无法区别各个区域的形状。这样，观察者无法看到设计图像，也可以说该设计图像在裸眼观察时处于隐身状态。

采用本发明的薄膜装置，观察者裸眼观察时看不到设计图像；而佩戴眼镜观察时能够看到三维设计图像。这样，在裸眼观察时，产品的设计图像处于隐身状态；在防伪鉴别时，可以轻易地显现出三维立体的防伪图像。因此，使用本发明的薄膜装置能够达到更好的防伪效果，安全可靠性得到进一步提高。

下面参考附图1-4，描述本发明的薄膜装置的几种实施例。

图1为本发明的薄膜装置的一个实施例的结构示意图。如图1所示，根据本发明一个实施例的薄膜装置包括两层结构，第一层为线偏振光反射层11，第二层为透射层21。

其中，线偏振光反射层11可以为零级衍射光栅，例如可以为表面镀有金属反射层的零级衍射光栅。零级衍射光栅的狭缝宽度通常小于入射光的波长的二分之一，因此可以将入射光分解为两个互相垂直的线偏振光。其中一个振动方向的线偏振光以衍射光的形式反射，另一个方向的线偏振光被吸收。当入射光从上向下照射时，入射光从上向下穿过透射层，在该过程中入射光不受影响。入射光到达线偏振光反射层的上表面后被反射，形成线偏振反射光。本领域的技术人员应当明白，线偏振光反射层不限于零级衍射光栅，也可以是能够产生线偏振反射光的任何装置。此外，还可以将线偏振光反射层替换为线偏振透射层，使得当入射光从下向上进入线偏振光透射层时，所产生的出射光同样为线偏振光。本实施例的零级衍射光栅可以采用本领域公知的衍射光栅。例如，可以采用申请号为CN200710139898.0或者CN200810126078.2的中国专利公布文本所公开的零级衍射光栅，或者本领域公知的其他零级衍射光栅。

优选地，薄膜装置还可以包括位于线偏振光反射层11之下的背景吸收层，用于吸收透过零级衍射光栅的光束。背景吸收层能够减少透过零级衍射光栅的光束的反射，提高成像质量。

透射层21包括三个不同的区域。其中，第一区域211与第二区域212为光学各向异性区域，第三区域213为光学各向同性区域。更为具体地，第一区域211与第二区域212的光轴方向垂直，并且两区域的光轴方向与线偏振反射光的偏振方向均形成45°的夹角。第一区域211和第二区域212的位置设计需要考虑人体视物的生理学因素和心理学因素，使最终形成的双眼视图符合实际物体的视觉关系。透射层21的光学厚度可以为线偏振反射光的波长的四分之一。可选地，当线偏振反射光的波长为一定范围时(例如为整个可见光波段)，则透射层21的光学厚度可以为该波段平均波长的四分之一，或者为人眼最敏感的波长(波长为550nm)的四分之一。这样，透射层21的第一区域211和第二区域212实际上成为两个特定光轴方向的四分之一波片。

当入射光(例如，可见光)从上向下照射时，入射光穿过透射层21，在该过程中入射光不受影响。入射光到达线偏振光反射层11的上表面后被反射，形成线偏振反射光。该线偏振反射光穿过透射层21并射出。在线偏振光穿过透射层21的过程中，由于透射层21起到四分之一波片的作用，并且第一区域211和第二区域212的光轴与该线偏振反射光的偏振方向形成的夹角均为45°，则经过第一区域211和第二区域212的出射光分别为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，两者彼此正交偏振。而经过第三区域的出射光为非偏振光。

相应地，与该薄膜装置相配套的圆偏振眼镜包括左旋圆偏振光镜片和右旋圆偏振光镜片。

当观察者佩戴相应的眼镜观察时，左旋圆偏振光镜片允许第一区域211的左旋圆偏振出射光透过，而不允许第二区域212的右旋圆偏振出射光透过；类似地，右旋圆偏振光镜片只允许第二区域212的右旋圆偏振出射光透过，而不允许第一区域211的左旋圆偏振出射光透过。而经过第三区域213的出射光为非偏振光，其可透过两镜片。这样，观察者双眼所接收的图像为分别来自第一区域211和第二区域212的两个设计图像以及来自第三区域213的背景图像，而且两个设计图像符合实际物体的位置关系。因此，观察者所看到的将是三维立体的防伪图像。

而当观察者裸眼观察时，由于观察者只能感知出偏振光的波长和幅度，不能感知其偏振态，即观察者的左眼和右眼均能接收到来自三个区域的出射光，而无法区别三个区域的形状。这样，观察者就不能看到防伪图像。也可以说，该防伪图像在裸眼观察时处于隐身状态。

使用本发明的薄膜装置，平时裸眼进行观察时，无法看到该防伪图像；而在防伪鉴别时，可以轻易地观察到三维立体图像。由于能够避免防伪图像过早暴露，从而达到更好的防伪效果，安全可靠性得到进一步提高。

需要说明的是，第三区域213的图像不限于作为背景图像。透射层21所包含的区域也不限于三个。可以根据需要，透射层21包括更多的特定光轴方向的区域，从而形成更为精密的防伪图形。

图2为本发明的薄膜装置的另一个实施例的结构示意图。如图1所示，根据本发明一个实施例的薄膜装置包括两层结构，第一层为线偏振光反射层11，第二层为透射层21。其中，线偏振光反射层11可以与图1中的线偏振光反射层11相同，在此不再详细叙述。

透射层21包括三个特定光轴方向的区域。其中，第一区域211与第二区域212的光轴方向垂直，并且两区域的光轴方向与线偏振反射光的偏振方向均形成45°的夹角。第一区域211和第二区域212的位置设计需要考虑人体视物的生理学因素和心理学因素，使最终形成的双眼视图符合实际物体的视觉关系。第三区域213的光轴方向可与第一区域211、第二区域212的光轴形成一定夹角。在一个优选实施例中，第三区域213的光轴与第一区域211、第二区域212的光轴的夹角均为45°。这样，第三区域213的光轴方向与线偏振反射光的偏振方向平行或者垂直，所形成的出射光为线偏振出射光。透射层21的光学厚度为线偏振反射光的波长的四分之一。这样，本实施例中的透射层21实际上成为三个特定光轴方向的四分之一波片。需要说明的是，第三区域213的光轴与第一区域211、第二区域212的光轴的夹角不限于45°，也可形成其他角度的夹角。

当入射光(例如，可见光)从上向下照射时，入射光从上向下穿过透射层21，在该过程中入射光不受影响。入射光到达线偏振光反射层11的上表面后被反射，形成线偏振反射光。该线偏振反射光穿过透射层21变为圆偏振光并射出。在线偏振光穿过透射层21的过程中，由于透射层21起到四分之一波片的作用，并且第一区域211和第二区域212的光轴与该线偏振反射光的偏振方向形成的夹角均为45°，则经过第一区域211和第二区域212的出射光分别为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，两者彼此正交偏振。经过第三区域的出射光为线偏振光。入射光不限于可见光，其波长也可以是其他波段范围或者特定波长。

与上一实施例类似，相配套的圆偏振眼镜包括左旋圆偏振光镜片和右旋圆偏振光镜片。由于第三区域的光轴方向与第一区域和第二区域的光轴形成夹角，出射光可以为线偏振光或者椭圆偏振光。因此，第三区域的出射光既能透过左旋圆偏振光镜片，又能透过右旋圆偏振光镜片。

当观察者佩戴相应的眼镜观察时，左旋圆偏振光镜片允许第一区域211的左旋圆偏振出射光透过，而不允许第二区域212的右旋圆偏振出射光透过；类似地，右旋圆偏振光镜片只允许第二区域212的右旋圆偏振出射光透过，而不允许第一区域211的左旋圆偏振出射光透过。而经过第三区域的出射光既能透过左旋圆偏振光镜片，又能透过右旋圆偏振光镜片。这样，观察者双眼所接收的图像为来自第三区域的背景图像和来自第一区域211和第二区域212的互不干涉的两个设计图像，而且这两个设计图像符合实际物体的位置关系。因此，观察者所看到的将是三维立体的防伪图像。特别地，在上述优选实施例中，当第三区域的光轴方向与第一区域和第二区域的光轴所形成的夹角为45°时，经过第三区域的线偏振出射光透过两镜片的光强相同。这样，观察者的双眼所观察到的第三区域的图像较为均匀。

而当观察者裸眼观察时，由于观察者只能感知出偏振光的波长和幅度，不能感知偏振态，即观察者的左眼和右眼均能接收到来自三个区域的出射光，因此无法区别三个区域的形状。这样，观察者就不能看到防伪图像。也可以说，该防伪图像在裸眼观察时处于隐身状态。

使用本发明的薄膜装置，平时裸眼进行观察时，无法看到该防伪图像；而在防伪鉴别时，可以轻易地观察到三维立体图像。由于能够避免防伪图像过早暴露，从而达到更好的防伪效果，安全可靠性得到进一步提高。

图3为本发明的薄膜装置的又一个实施例的结构示意图。如图3所示，薄膜装置包括两层结构，第一层为圆偏振光反射层31，第二层为透射层21。

其中，圆偏振光反射层31可以为胆甾相液晶层。胆甾相液晶层具有多层螺旋扭曲的结构。胆甾相液晶可选择性地反射某一波段和旋向的圆偏振光，而其他波段的入射光以及与该波段相反旋向的光可以透过。根据胆甾相液晶层的不同结构，既可以形成左旋圆偏振反射光，也可以是右旋圆偏振光反射层。本实施例中的胆甾相液晶层可以采用本领域公知的材料和方法进行制备。例如，可采用公开号为CN101937154A或者CN1715309的中国专利公布文本所记录的方法和材料进行制备。本领域的技术人员应当明白，圆偏振光反射层31不限于本实施例中的胆甾相液晶层，也可以采用能够形成圆偏振反射光的任何装置。另外，可以将圆偏振光反射层31替换为圆偏振透射层，使得当入射光从下向上进入圆偏振光透射层时，所产生的出射光同样为圆偏振光。

在本实施例中，透射层21包括三个光轴方向不同的区域。其中，第一区域211与第二区域212的光轴方向彼此垂直，第三区域213的光轴方向与第一区域211和第二区域212的光轴方向成一定夹角。在优选实施例中，第三区域213的光轴方向与第一区域211和第二区域212的光轴方向均成45°的夹角。透射层的光学厚度21为圆偏振反射光的波长的四分之一。这样，透射层21实际上起到的作用类似于三个特定光轴方向的四分之一波片。

需要说明的是，第三区域也可以是光学各向同性区域，与图1所示的第三区域相同。另外，透射层不限于三个区域，也可以设置更多的特定光轴方向的区域，从而形成更为复杂的设计图形。

此外，第一区域211和第二区域212的形状需要根据人体视物的生理学因素和心理学因素进行限定，使最终形成的双眼视图符合实际物体的视觉关系，而区域的具体形状不做限定。

当入射光从上向下照射时，入射光(例如，可见光)穿过透射层21，在该过程中入射光不受影响。到达圆偏振光反射层31的上表面后被反射，所形成的反射光为特定波长的圆偏振反射光。该圆偏振反射光穿过透射层21并射出。在圆偏振反射光穿过透射层21的过程中，由于透射层起到四分之一波片的作用，并且第一区域211和第二区域212的光轴彼此垂直，则经过第一区域211和第二区域212的出射光为彼此正交偏振的线偏振出射光。第三区域213的出射光也为线偏振光。。入射光不限于可见光，其波长也可以是其他波段范围或者特定波长。

相应地，与该薄膜装置相配套的眼镜包括光轴方向垂直的两个线偏振镜片。更为具体地，两个线偏振镜片的光轴方向分别与经过第一区域211和第二区域212的出射光的偏振方向相同，而第三区域213的出射光能同时透过左右两个镜片，并且透过两镜片的光强相等。

与图1和图2所示实施例的视图原理类似，当观察者佩戴该线偏振眼镜观察时，其中的一个镜片允许第一区域211的线偏振出射光透过，而不允许第二区域212的线偏振出射光透过；另一个镜片允许第二区域212的线偏振出射光透过，而不允许第一区域211的线偏振出射光透过。这样，观察者双眼所接收的图像同样是来自上述区域的三个图像，并且来自第一区域和第二区域的两个图像符合实际物体的位置关系。因此，观察者所看到的也是三维立体的防伪图像。并且在上述优选实施例中，由于第三区域213的光轴方向与第一区域211和第二区域212的光轴方向均成45°的夹角，经过第三区域213的线偏振出射光进入两镜片的强度相同，这样观察者的双眼看到的第三区域亮度均匀。

当观察者裸眼观察时，观察者只能感知出偏振出射光的波长和幅度，不能感知其偏振态，即观察者的左眼和右眼均能接收到来自三个区域的出射光，区别不出三个区域的形状差别。因此观察者不会看到防伪图像。

图4为本发明的薄膜装置的又一个实施例的结构示意图。如图4所示，根据本发明的又一个实施例的薄膜装置包括三层结构，从下到上依次为背景吸收层41、圆偏振光反射层31和透射层21。

其中，背景吸收层41可以为深色背景吸收层。优选地，可以利用炭黑制作成黑色背景吸收层。

由于本实施例中的圆偏振光反射层31和透射层21的材料和结构可以与图3所示实施例中的圆偏振光反射层31、透射层21相同，在此不再详细叙述。

胆甾相液晶可选择性地反射某一波段和旋向的圆偏振光，而其他波段的入射光以及与该波段相反旋向的光可以透过。在本实施例中，由于增设了黑色背景吸收层41，胆甾相液晶所透过的光可以被黑色背景吸收层41吸收，减少了光的反射和干扰，使得成像质量进一步提高。

此外，当入射光被胆甾相液晶层反射时会形成干涉。干涉的结果使得特定波长的光干涉增强并反射到人眼中。当观察者在观察过程中改变观察角度时，由于入射光的角度发生变化，相关光在胆甾相液晶层中的光程差随之变化，因此干涉增强光的波长也随之改变。这样，观察者通过变换角度，能够看到薄膜装置的颜色发生变化。采用本实施例的薄膜装置，观察者通过调整观察角度能够看到不同的颜色。这增加了一种重要的防伪手段，使得防伪可靠性进一步提高。

薄膜装置的形成方法

相应地，本发明还提供了薄膜装置的形成方法，包括：形成透射层和位于该光学异性层之下的偏振光反射层。其中，偏振光反射层可以是线偏振光反射层，也可以是圆偏振光反射层。透射层可以包括至少两个光轴方向不同的区域。通过设置透射层的厚度和两个区域的光轴方向，使经过该两区域的出射光彼此正交偏振。下面通过具体实施例进行详细描述。

图5是本发明薄膜装置的形成方法的一个实施例的流程图。

如图5所示，在步骤S11中，形成线偏振光反射层。可采用零级衍射光栅作为线偏振光反射层并将零级衍射光栅的线偏振方向设置为与线偏振光反射层所在平面垂直。零级衍射光栅可利用本领域公知的方法进行制备。例如，采用申请号为CN200710139898.0或者CN200810126078.2的中国专利公布文本中所公开的制备方法和材料进行制备。在此，通过引用上述专利并入本文。

在步骤S12中，在线偏振光反射层上形成透射层。通过调整透射层的厚度和透射层不同区域的光轴方向，使得经过透射层的不同区域的出射光正交偏振。透射层的材料可以选用向列相液晶，当然也可以选用其他材料，只要能够满足透射层在厚度和光轴方向方面的要求即可。可以采用本领域公知的方法和材料制备向列相液晶层。例如，可以采用申请号为CN200580029838.2、CN200580017248.8、CN200880006725.4或者CN200880117458.8的中国专利公布文本所公开的材料和方法进行制备。在此通过引用以上专利并入本文。

步骤S12可以通过采用如图6的方法来实现。

在步骤S121中，在线偏振光反射层的表面涂布偏振光敏材料。其中，向列相液晶的分子取向方法以及光敏材料的制备可利采用本领域公知的方法。例如，采用公开号为CN1054439的中国专利公布文本所记录的方法进行涂布，采用公开号为CN1325936和CN1322792的中国专利公布文本所记录的光敏材料和方法进行制备，在此通过引用并入本文作为参考。具体地，可以将M1溶解到丁酮中以形成20％的偏振光敏溶液。将该溶液均匀地涂布在偏振光反射层的表面。其中，M1的化学式为：

在步骤S122中，使用偏振光按照预设图形分次照射偏振光敏材料。可以使用偏振光分别沿第一方向和第二方向照射光敏材料。其中第一方向和第二方向彼此垂直，且与线偏振光反射层所形成的线偏振反射光的偏振方向形成45°的夹角。而对上述曝光之外的区域不进行曝光处理。

在步骤S123中，在光敏材料表面涂布透射层。可在光敏材料的表面涂布可聚合的向列相液晶层，具体可以是固含量为30％的M2丁酮溶液。M2的化学结构式如下：

液晶层的光学厚度控制为线偏振反射光的波长的四分之一。线偏振反射光的波段范围可以是可见光波段或者其他波段范围，还可以是特定波长的光，例如某一波长的激光。当线偏振反射光的波长为可见光波段时，液晶层的光学厚度可以为可见光波长平均值的四分之一，或者可以是人眼敏感的光波波长(550nm)的四分之一。由于透射层的光轴方向与光敏材料的光轴方向相同。因此，该实施例中的透射层也包括三个区域。其中，第一区域和第二区域为光学各向异性区域，并且两区域的光轴与线偏振反射光的偏振方向分别形成-45°和45°的夹角。而第三区域为光学各向同性区域。

优选地，在涂布完成后，还可以对所涂布的向列相液晶层进行辐照聚合。

与之相配套的眼镜可包括两个圆偏振光镜片，分别是左旋圆偏振光镜片和右旋圆偏振光镜片。

图7是本发明薄膜装置的形成方法的另一个实施例中形成透射层的流程图。该实施例包括依次形成线偏振光反射层和透射层的步骤。其中，形成线偏振光反射层的步骤可以与图5中的步骤S11相同。而在形成透射层的步骤中，步骤S221、步骤S223可以与图6中的相应步骤S121、步骤S123相同，在此不再详细叙述。

图7所示实施例与图6所示实施例的区别之处在于步骤S222。在该步骤中，使用偏振光按照预设图形先后三次照射偏振光敏材料。可以使用偏振光分别沿第一方向、第二方向和第三方向照射光敏材料。其中第一方向和第二方向彼此垂直，且与线偏振光反射层所形成的线偏振反射光的偏振方向形成45°的夹角。第三方向可以与第一方向和第二方向形成夹角。在优选实施例中，第三方向与所述第一方向和第二方向所形成的夹角均为45°，这样第三方向与所述线偏振反射光的偏振方向平行或者垂直。光敏材料受到照射发生化学反应，能够记录偏振光的偏振方向。

图8A-8C示出了利用两个掩模版进行三次照射的示意图。如图所示，第一掩模版51设有两个五角星形状的通孔511和512。第二掩模版52设有两个五角星形状的通孔521和522。上述四个五角星通孔的位置通过特定设计，使最终合成的视图符合实际物体的位置关系。具体照射过程包括：首先使用偏振紫外光透过第一光掩模版51的通孔511和512对偏振光敏材料沿-45°照射。然后，移去第一光掩模版51，使用偏振紫外光透过第二光掩模版52的通孔521和522对偏振光敏材料进行45°的照射。最后，移去第二光掩模版52，直接对偏振光敏材料进行0°照射。这样，光敏材料会包括三个特定光轴方向的区域，分别为第一区域61、第二区域62和第三区域63。其中，第一区域61和第二区域62的光轴方向垂直。

相配套的眼镜可包括两个圆偏振光镜片，分别是左旋圆偏振光镜片和右旋圆偏振光镜片。图8D示出了三维成像的原理图。当观察者佩戴上述眼镜进行观察时，由于一个镜片只能允许第一区域的左旋圆偏振出射光的透过，另一个镜片只能允许第二区域的右旋圆偏振出射光的透过。因此，左眼81只能看到五角星71和五角星73，右眼82只能看到五角星72和五角星74。由于五角星的位置设计符合实际物体的位置关系，大脑根据视物经验能够形成一前一后的像75和像74。此外，观察者的双眼能够同时观察到区域63，并且由于采用了特定角度偏振光进行照射，使得区域63的出射光进入观察者双眼的强度相等。因此，观察者能够看到三维立体的防伪图像。需要说明的是，在利用偏振紫外光对第三区域进行照射时，不限于对偏振光敏材料进行0°照射，也可以选择其他角度照射。当以其他角度照射并最终制备完成薄膜装置时，观察者的双眼通过镜片均能够感受到第三区域的出射光，只是所感受到的光强不同。

而当观察者裸眼观察时，由于观察者只能感知出偏振光的波长和幅度，不能感知偏振态，不会感到四个五角星与其他部分的差别。因此，观察者不会看到防伪图像。也可以说该防伪图像在裸眼观察时处于隐身状态。由于避免防伪图像的过早暴露，能够达到更好的防伪效果，安全可靠性得到进一步提高。

图9为本发明的薄膜装置的制作方法的又一种实施例的示意图。

如图9所示，在步骤S21中，形成透射层。透射层至少包括第一区域和第二区域，该两区域被设置为经过该两区域的出射光彼此正交偏振。具体地，如图10所示，步骤S21具体可以为：

在步骤S211中，在基材表面涂布偏振光敏材料。其中，基材的材料可以为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯或者聚苯乙烯。在该基材的表面均匀涂布含有M1的丁酮溶液，M1的固含量为10％。优选地，在涂布完成后，对光敏材料进行干燥处理。

在步骤S212中，使用偏振光按照预设图形沿不同方向照射上述偏振光敏材料。具体地，可利用掩模版沿第一方向、第二方向和第三方向先后照射偏振光敏材料。其中，第一方向和第二方向彼此垂直，第三方向可与第一方向和第二方向形成一定夹角。在优选实施例中，第三方向与第一方向和第二方向所形成的夹角均为45°。更为具体地，首先利用偏振紫外光透过第一光掩模版对偏振光敏材料进行-45°的照射。然后，利用偏振紫外光透过第二光掩模版对偏振光敏材料形成45°的照射。最后，直接对偏振光敏材料直接进行0°照射。从而在偏振光敏材料上形成三个光轴方向不同的区域。其中，第一区域与第二区域的光轴彼此垂直，第三区域与第一区域和第二区域的光轴夹角为45°。

需要说明的是，采用偏振紫外光进行照射的次数不限于三次。可根据实际需要进行更多次的照射，从而形成多个光轴方向不同的区域。所选用的照射光不限于紫外光，也可根据实际情况选用其他种类的偏振光进行照射。

在步骤S213中，在光敏材料表面涂布透射层。优选地，采用含有M2的丁酮溶液均匀涂布，M2的固含量为30％。由于透射层的光轴方向与光敏材料的光轴方向相同，因此本实施例中的透射层也包括三个区域。其中，第一区域与第二区域的光轴垂直，第三区域与第一区域、第二区域的光轴形成45°的夹角。透射层的厚度控制为圆偏振反射光的波长的四分之一。

在步骤S22中，在透射层的表面形成圆偏振光反射层。

可以在透射层的表面涂布可聚合的胆甾相液晶层。具体地，可选用固含量为30％的M2与固含量为2％的M3的丁酮溶液的混合液进行涂布。其中M3的化学结构式为：

优选地，在涂布完成后，对胆甾相液晶层进行辐照，之后剥离基材。从而得到本发明的包括圆偏振光反射层和透射层的薄膜装置。

相应的配套眼镜包括两个光轴方向垂直的线偏振镜片，而且两镜片的光轴方向分别与第一区域和第二区域的出射光的偏振方向相同。

当观察者佩戴该款眼镜进行观察时，其中一个镜片允许经过第一区域的线偏振出射光透过，而不允许第二区域的线偏振出射光透过。另一个镜片允许经过第二区域的线偏振出射光透过，而不允许第一区域的线偏振出射光透过。第三区域的偏振出射光可同时透过两镜片。因此，观察者的左眼和右眼能够分别观察到第一区域和第二区域的图像，进而获得三维立体的观感。

由于人眼只能感知出偏振光的波长和幅度，不能感知偏振态，因此观察者裸眼观察时，观察者的左眼和右眼均能接收到来自三个区域的出射光，区别不出三个区域的形状差别。因此观察者不会看到防伪图像。

图11为本发明薄膜装置的制作方法的再一种实施例的流程图

如图11所示，步骤S31、步骤S32可以与图9所示的步骤S21和S22相同，在此不再详细叙述。在步骤S33中，在圆偏振光反射层的表面形成背景吸收层。具体地，可将炭黑均匀涂布在圆偏振光反射层的表面。该背景吸收层不限于黑色背景吸收层，也可根据需要形成其他深色的背景吸收层。由于胆甾相液晶只能选择性地反射特定波段和和旋向的圆偏振光，而其他波段的入射光以及该波段相反旋向的光可以透过胆甾相液晶到达背景吸收层。这样通过减少干扰光的反射，使得观察者能够利用配套眼镜清楚地观察到立体防伪图像。

上面以防伪元件为例，说明了根据本发明的薄膜装置及其制备方法。本领域技术人员应该明白，薄膜装置不局限于用作防伪元件，可以出于任何与呈现三维图像有关的目的，例如艺术欣赏、商标设计、信息展示等，设置在任何可以设置薄膜装置的物体上，例如纸张、书籍、包装盒、货币、有价证券、证照、印章、医药、食品、化妆品等。

至此，已经详细描述了根据本发明的薄膜装置和制造薄膜装置的方法。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (19)

1.一种薄膜装置，包括：

偏振光反射层；以及

位于所述偏振光反射层之上的透射层，

其中所述透射层包括第一区域、第二区域和第三区域，

所述第一区域和所述第二区域为光学各向异性区域，并被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在分别经过所述第一区域和所述第二区域之后变为彼此正交偏振，

所述第三区域被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在经过所述第三区域之后发出的透射光与分别经过所述第一区域和所述第二区域之后发出的透射光都不是正交偏振的。

2.如权利要求1所述的薄膜装置，其中所述透射层的第一区域和第二区域的光轴彼此垂直。

3.如权利要求2所述的薄膜装置，其中

所述第三区域为各向同性区域；或者

所述第三区域为各向异性区域，其光轴与所述第一区域和第二区域的光轴的夹角均为45°。

4.如权利要求2所述的薄膜装置，其中所述透射层的光学厚度为所述偏振光反射层所产生的偏振反射光的波长的四分之一。

5.如权利要求4所述的薄膜装置，其中所述透射层的材料为向列相液晶。

6.如权利要求4所述的薄膜装置，其中所述偏振光反射层为线偏振光反射层。

7.如权利要求6所述的薄膜装置，其中所述线偏振光反射层为零级衍射光栅。

8.如权利要求6所述的薄膜装置，其中所述透射层的第一区域和第二区域的光轴与所述线偏振反射光的偏振方向均形成45°的夹角。

9.如权利要求4所述的薄膜装置，其中所述偏振光反射层为圆偏振光反射层。

10.如权利要求9所述的薄膜装置，其中所述圆偏振光反射层为胆甾相液晶层。

11.一种薄膜装置的制作方法，包括形成偏振光反射层和位于所述偏振光反射层之上的透射层，

其中所述透射层包括第一区域、第二区域和第三区域，

所述第一区域和所述第二区域为光学各向异性区域，并被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在分别经过所述第一区域和所述第二区域之后变为彼此正交偏振，

所述第三区域被设置为使得所述偏振光反射层的偏振反射光在经过所述第三区域之后发出的透射光与分别经过所述第一区域和所述第二区域之后发出的透射光都不是正交偏振的。

12.如权利要求11所述的制作方法，其中所述透射层的光学厚度为所述偏振光反射层所产生的偏振反射光波长的四分之一。

13.如权利要求11所述的制作方法，其中所述透射层的材料为向列相液晶。

14.如权利要求11所述的制作方法，包括：

形成线偏振光反射层；

在所述线偏振光反射层的表面形成透射层。

15.如权利要求14所述的制作方法，其中所述线偏振光反射层为零级衍射光栅。

16.如权利要求14所述的制作方法，其中所述透射层的制作包括：

在所述线偏振光反射层的表面涂布偏振光敏材料；

使用偏振光按照预设图形分别沿第一方向和第二方向照射所述偏振光敏材料，其中所述第一方向和第二方向彼此垂直，并且与所述偏振光反射层的线偏振反射光的偏振方向均形成45°的夹角；

使用偏振光沿第三方向照射所述偏振光敏材料的预定区域，所述第三方向与所述第一方向和第二方向的夹角为45°；或者对该预定区域不进行曝光处理；

在光敏材料表面涂布透射层，从而形成所述透射层的第一区域和第二区域；

将所述透射层交联固化。

17.如权利要求11所述的制作方法，包括：

形成透射层；

在所述透射层的表面形成圆偏振光反射层。

18.如权利要求17所述的制作方法，所述透射层的制作包括：

在基材表面涂布偏振光敏材料；

使用偏振光按照预设图形分别沿第一方向和第二方向照射所述偏振光敏材料，其中所述第一方向和第二方向彼此垂直；

使用偏振光沿第三方向照射所述偏振光敏材料的预定区域，所述第三方向与所述第一方向和第二方向的夹角为45°；或者对该预定区域不进行曝光处理；

在光敏材料表面涂布透射层，从而形成所述透射层的第一区域和第二区域。

19.如权利要求17所述的制作方法，其中所述圆偏振光反射层的制作是在所述透射层的表面涂布胆甾相液晶层。

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