CN107102392B - 一种光学防伪薄膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学防伪薄膜装置，所述光学防伪薄膜装置包括第一透射层(1)，第二透射层(2)，以及用于检测的外部起偏层(3)，其中所述第一透射层(1)是对偏振光具有选择性透射功能的偏振层；所述第二透射层(2)至少包含由至少两个不同光学各向异性单元交替分布组成的第一组区域和第二组区域，并且位于所述第一透射层下表面；所述外部起偏层(3)至少包含由一个起偏单元(311)和一个非起偏单元(321)组成的起偏区域(32)和非起偏区域(31)。本发明的光学防伪薄膜装置以透明窗、商品吊牌、贴膜的形式与有价物品结合在一起，并通过外部起偏层识别光学防伪薄膜装置中包含的信息。该光学防伪薄膜装置用于有价物品的防伪。

Description

一种光学防伪薄膜装置
技术领域
本发明涉及防伪领域，具体地说，涉及一种光学防伪薄膜装置。
背景技术
隐形图案是一种常用的防伪手段，起到隐蔽性的防伪作用。
其中一类基于荧光、红外等材料制成的隐形图案，可通过特殊的检测工具予以辅助识别。这一类防伪技术依赖材料本身的物理光学性质，理论上只要获得材料的突破，即宣告失去了防伪作用。同时，其复杂的检测设备成本高，携带不便，不易于普及。
另一类隐形图案(如US4033059和US4588212中所公开的)是基于印刷技术，通过形成交错、起伏或特殊角度关系的胶印或凹印线条而产生隐形效果。这一类隐形图像的识别通常不需要辅助工具，只靠观察角度的变化引起遮挡效果的变化而实现检测识别。然而这一类技术均采用公知的设备和工艺，且线条间的布局可以轻易复制，从而更多起到装饰作用而非防伪作用。
另一类隐形图案(如US6128058和US6061113中所公开的)是基于液晶技术。例如，在具有光反射型的基底上形成液晶聚合物薄膜图案。通过摩擦或光取向等方法进行取向处理，使液晶分子大致呈一个方向的取向。该技术由于薄膜图案具有相位差功能，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，即形成了隐形图案。此类技术有效地解决了上述问题。
发明内容
本发明在现有技术的基础上提出了一种改进的隐形图案技术，具体地说，本发明所要解决的技术问题是提供一种光学防伪薄膜装置，该光学防伪薄膜装置在透射光下近似透明，其中包含的信息肉眼无法直接识别，借助能产生偏振光的外部起偏器可观察到该光学防伪薄膜装置所包含的信息。
为实现本发明的目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种光学防伪薄膜装置，所述光学防伪薄膜装置包括：
第一透射层(1)；
第二透射层(2)；
以及用于检测的外部起偏器(3)，
其中，所述第一透射层(1)是圆偏振检偏层或线偏振检偏层；
所述第二透射层(2)至少包含由至少两个不同光学各向异性单元(211，221)交替分布组成的第一组区域(21)和第二组区域(22)，并且位于所述第一透射层下表面；
所述外部起偏器(3)至少包含由一个起偏单元(311)和一个非起偏单元(321)组成的起偏区域(31)和非起偏区域(32)。
在本发明的一优选实施方案中，所述第一透射层(1)与所述第二透射层(2)为不可分割的整体，所述外部起偏器(3)相对于所述第一透射层(1)与所述第二透射层(2)组成的整体可移动或不可移动。
在本发明的一优选实施方案中，所述圆偏振检偏层是圆偏振片或胆甾相液晶层，优选为胆甾相液晶层。
在本发明的一优选实施方案中，所述线偏振检偏层是线偏振片或零级衍射光栅。
在本发明的一优选实施方案中，所述第二透射层是线偏振片、向列相液晶层中的一种。
在本发明的一优选实施方案中，所述第二透射层(2)所包含的各个光学各向异性单元内至少包含具有不同光轴方向或相位延迟的两个子单元。
在本发明的一更优选实施方案中，所述子单元的光轴方向夹角为70°～110°，且具有相同的相位延迟mλ/4，其中m为正整数；或所述子单元的光轴方向夹角为-20°～20°，且相位延迟相差mλ/4，其中m为正整数。
在本发明的一优选实施方案中，所述外部起偏器(3)的起偏区域(31)的宽度H31，非起偏区域(32)的宽度H32与组成第二透射层(2)每个重复单元的宽度H之间满足关系：H31＝H/n且H32＝(n-m′)H/n，其中m′＝0，1，2，n为组成第二透射层(2)每个重复单元内拥有的各向异性区域数量。
在本发明的一优选实施方案中，所述外部起偏器是圆偏振起偏层或线偏振起偏层，
优选地，所述圆偏振起偏层是圆偏振片或胆甾相液晶层；
优选地，所述线偏振起偏层是线偏振片或零级衍射光栅。
在本发明的一优选实施方案中，所述第一透射层的另一侧还包括一光学各向异性透射层，即第三透射层。
在本发明的一更优选实施方案中，所述光学各向异性透射层至少包含由至少两个不同光学各向异性单元交替分布组成的第一组区域和第二组区域。
在本发明的一优选实施方案中，所述光学防伪薄膜装置还可包括承载光学涂层的塑料基材。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置在透射光下近似透明，肉眼观察不到任何信息。该薄膜至少包括第一透射层(1)，第二透射层(2)，以及用于检测的外部起偏层(3)，其中，所述第一透射层是对偏振光具有选择性透射功能的圆偏振检偏层或线偏振检偏层的一种，所述第二透射层至少包含由至少两个不同光学各向异性单元(211，221)交替分布组成的第一组区域(21)和第二组区域(22)，并且位于所述第一透射层下表面，所述外部起偏层至少包含由一个起偏单元(311)和一个非起偏单元(321)组成的起偏区域(31)和非起偏区域(32)。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，其中所述第一透射层(1)与所述第二透射层(2)构成不可分割的整体，所述外部起偏器(3)位于第二透射层的下面，且外部起偏器相对于所述第一透射层与第二透射层组成的整体可移动或不移动。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，其中所述第一透射层是对偏振光具有选择性透射功能的圆偏振检偏层或线偏振检偏层的一种。所述偏振光选择性透射层指当该层为线偏振检偏层时，只有特定光轴方向的偏振光能透过该层,所述线偏振检偏层是线偏振片、零级衍射光栅中的一种；当该层为圆偏振检偏层时，只有特定波长和特定旋向的光能透过该层,所述圆偏振检偏层是圆偏振片、胆甾相液晶层中的一种，优选为胆甾相液晶。该胆甾相液晶层选择性透射光的波长范围从紫外、可见到近红外。胆甾相液晶既可以是左旋胆甾液晶，也可以是右旋胆甾液晶。胆甾液晶层还可以是由左旋胆甾液晶和右旋胆甾液晶分别构成的两个区域组成，这两个区域相互构成图案化的信息。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，其中所述第二透射层所包含的各个光学各向异性单元内至少包含具有不同光轴方向或相位延迟的两个子单元。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，其中所述第二透射层不同单元的光轴方向夹角为70°～110°，且具有相同的相位延迟mλ/4，m为正整数。不同光轴方向单元构成不同的图案化信息。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，其中所述任一光学各向异性透射层第一区域和第二区域的光轴方向夹角为-20°～20°，且相位延迟相差mλ/4，m为正整数。不同相位延迟单元构成不同的图案化信息。
图案化信息包括但不限于图像、文字、符号、数字等内容。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，所述外部起偏器的起偏区域(31)与所述第二透射层的各组区域(21，22，…)具有相同的尺寸和分布，使得所述外部起偏层在相对于所述第一透射层和第二透射层组成的整体移动时，透过所述外部起偏层的起偏区域(31)的光线可以先后完整和独立的与所述第二透射层的各组区域(21，22，…)发生作用，发生作用的条件如下：
如图1所示：
假设：311的宽度为H31，321的宽度为H32
211和221的宽度相等，为H/n
H为组成第2层每组重复单元(本图中是211+221)的宽度
n为组成第2层每个重复单元内拥有的各向异性区域数量(本图中n＝2，即211和221)。
则需满足条件：H31＝H/n，H32＝(n-m′)H/n，其中m′＝0，1，2
1、当m′＝0时：H31＝H/n，H32＝H
如图3所示，此时1，2，3，4是一个完整图像的4个部分，第3层在移动过程中，完整图像依次在样品的不同位置显现出来，且与第3层移动方向相反。
2、当m′＝1时：H31＝H/n，H32＝(n-1)H/n
如图4所示，此时1，2，3，4为互相独立的4个图像。
3、当m′＝2时：H31＝H/n，H32＝(n-2)H/n
如图5所示，此时1，2，3，4是一个完整图像的4个部分，第3层在移动过程中，完整图像依次在样品的不同位置显现出来，且与第3层移动方向相同。
由一个起偏单元组成的起偏区域和一个非起偏单元组成的非起偏区域构成外部起偏器，起偏区域和非起偏区构成图案化的信息。当满足条件1或条件2时，透过所述外部起偏器起偏区域(32)的光线变为图案化的偏振光，此图案化的偏振光透过第二透射层和第一透射层时，可观察到第二透射层不同光学各向异性单元构成的图案化信息。当外部起偏器相对于所述第一透射层和第二透射层组成的整体移动时，图案化的偏振光与第二透射层不同光学各向异性单元构成的图案化信息会相互作用，可观察到动态的图案化信息。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，所述外部起偏器是圆偏振起偏层或线偏振起偏层的一种。所述圆偏振起偏层是圆偏振片或胆甾相液晶层中的一种。所述线偏振起偏层是线偏振片或零级衍射光栅中的一种。外部起偏层至少包含由一个起偏单元和一个非起偏单元组成的起偏区域和非起偏区域。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，所述外部起偏器是可人为或自动改变起偏区域位置、形状、尺寸和分布的起偏器。比如通过手动来回滑动外部起偏层，改变外部起偏器起偏区域与所述第一透射层和第二透射层组成的整体的相对位置，这种滑动会改变外部起偏器起偏区域的位置、形状、尺寸和分布。如果外部起偏器组合在一个旋转或运动的装置上，将所述第一透射层和第二透射层组成的整体放在外部起偏器上方，那么外部起偏器可自动改变起偏区域位置、形状、尺寸和分布的起偏器，这里可观察到动态的第二透射层图案信息。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，所述第一透射层的另一侧还包括一层光学各向异性透射层(第三透射层)。所述第三光学各向异性透射层至少包含两个具有不同光学各向异性的单元。所述第三透射层所包含的各个光学各向异性单元内至少包含具有不同光轴方向或相位延迟的两个子单元。各个光学各向异性单元构成不同的图案化信息。图案化信息包括但不限于图像、文字、符号、数字等内容。
本发明的光学防伪薄膜装置除包括第一、第二和第三透射层外，还可包括承载光学涂层的塑料基材，比如PP、PC、PE、PET、TAC、PA等透明基材。在第一和第二透射层之间、第一和第三透射层之间、第二透射层另一面、第三透射层的另一面还可包括透明胶粘层或其它透明基材。
偏振光广泛存在于目前的生活中，包括但不限于光滑表面反射的光含有偏振的成份，透过窗户玻璃的光含有偏振的成份，以及自然光透过线偏振起偏器或圆偏振起偏器后形成的偏振光。所述外部起偏器是能产生偏振光的工具，且至少包含由一个起偏单元和一个非起偏单元组成的起偏区域和非起偏区域。包括但不限于智能手机、电脑屏幕等。智能手机、电脑屏幕上的文字、图案及空白部分形成了外部起偏层的非起偏单元和起偏单元，显然这种非起偏单元和起偏单元构成了图案化的起偏区域和非起偏区域。当通过程序比如预先设定的APP自动控制屏幕上的图案化信息运动时，屏幕形成了动态的起偏区域和非起偏区域，将第一、第二或第三透射层形成的整体放在屏幕上方时，可观察到多层透射层形成的整体中的动态信息。
本发明的光学防伪薄膜装置用来结合有价物品，借助能产生偏振光且至少包含由一个起偏单元和一个非起偏单元组成的起偏区域和非起偏区域的外部起偏器可观察到该光学防伪薄膜装置所包含的信息，从而达到防伪的目的。
本发明用于有价物品的光学防伪薄膜装置，以透明窗、商品吊牌、贴膜的形式与有价物品结合在一起，用于有价物品的防伪。
附图说明
图1：本发明的光学防伪薄膜装置的基本结构示意图；
图2：本发明的外部起偏层相对于多层透射层形成的整体滑动后光学防伪薄膜装置的基本结构示意图；
图3：实施例2中的光学防伪薄膜装置所包含的外部起偏层和多层透射层的尺寸关系示意图；
图4：实施例2中的光学防伪薄膜装置所包含的外部起偏层和多层透射层的尺寸关系示意图；
图5：实施例2中的光学防伪薄膜装置所包含的外部起偏层和多层透射层的尺寸关系示意图；
图6A-6B：实施例2中的利用外部起偏层所观察到的第一、第二透射层的图案信息；
图7：实施例3中的具有三层光学透射层及外部起偏层的光学防伪薄膜装置结构示意图；
图8：实施例1中的光学防伪薄膜装置所包含的第二透射层具有液晶分子取向方向成89°的二个区域；
图9：实施例1中的包含由一个起偏单元和一个非起偏单元组成的起偏区域(32)和非起偏区域(31)的外部起偏层。
具体实施方式
用于制作下述实施例中的光学防伪薄膜装置的光学各向异性透射层(即第二透射层和第三透射层)的液晶分子结构式如下所示，液晶分子1占75份(按重量计)，液晶分子2占10份(按重量计)和液晶分子3占15份(按重量计)组成混合向列相液晶材料。
用于制作下述实施例中的光学防伪薄膜装置中的光学各向异性透射层所用材料还包括光敏取向材料，其分子结构式如下所示:
用于制作下述实施例中的光学各向异性透射层的材料为向列相液晶材料和光敏取向材料的混合物，其中向列相液晶材料占70-75份(按重量计)，光敏取向材料占23-28份(按重量计)，还包括2份的光引发剂(IRGACURE369)(按重量计)。将上述混合物溶于环已酮，制成固含量为30％(重量比)的溶液。
制作下述实施例中的光学各向异性透射层的工艺为将上述固含量为30％的溶液旋涂于PP薄膜上，干燥，然后在空气气氛下用波长为280-340nm的线性偏振紫外光透过掩模版在不同方向曝光，然后在氮气气氛下用紫外汞灯将涂层固化。
用于制作下述实施例中的光学防伪薄膜装置第一透射层的液晶材料为上述混合向列相液晶材料和手性剂的混合物，其中混合向列相液晶材料占89-94份(按重量计)，手性剂占4-9份(按重量计)，光引发剂占2份(按重量计)。将上述混合物溶于环已酮，制成固含量为30％(重量比)的溶液。手性剂的分子结构式如下所示。
制作下述实施例中的第一透射层的工艺为将上述固含量为30％(重量比)的溶液旋涂于光学各向异性透射层上，干燥，然后在氮气气氛下用紫外汞灯将涂层固化。
实施例1
在TAC上分别形成第一透射层(1)和第二透射层(2)，第一透射层(1)为圆偏振片，第二透射层(2)为具有两个光轴方向成89°，相位延迟均为λ/4的光学各向异性区域的向列相液晶分子的取向方向如图8所示，构成图案化的信息。外部起偏器(3)为线偏振片，其表面结构如图9所示，由起偏区域(31)和非起偏区域(32)组成。此光学防伪薄膜装置的结构如图1所示，其中箭头方向为透射光方向。将此光学防伪薄膜装置以透明窗的形式与纸张复合。在透射光下，透明窗近似透明。将外部起偏器(3)置于如图1或图2所示的位置，可观察到光学防伪薄膜装置所包含的信息。
实施例2
本发明光学防伪薄膜装置具有对偏振光具有选择性透射功能的第一透射层(1)及具有不同光学各向异性第一区域和第二区域的光学各向异性透射层，即第二透射层(2)，其结构如图1所示。其中第二透射层(2)具有两个光轴方向夹角为5°，相位延迟相差λ/4的光学各向异性区域，第一透射层(1)为对偏振光具有选择性透射功能的胆甾液晶层，第二透射层为向列相液晶层。将此光学防伪薄膜装置应用于有价物品的防伪。此光学防伪薄膜装置的结构如图1所示。将外部起偏器(3)置于如图1或图2所示的位置，其中箭头方向为透射光方向，可观察到光学防伪薄膜装置所包含的信息，如图6A所示。外部起偏器(3)为智能手机屏幕，在智能手机屏幕表面设置如图9所示的显示界面。当外部起偏器(3)的尺寸和光学防伪薄膜装置第二透射层(2)不同光学各向异性单元的尺寸关系如图3所示时，第二透射层(2)所包含的信息依次在样品的不同位置显现出来，且与外部起偏器(3)的移动方向相反；当外部起偏器(3)的尺寸和光学防伪薄膜装置第二透射层(2)不同光学各向异性单元的尺寸关系如图4所示时，第二透射层(2)所包含的信息为互相独立的4个图像，如图6B所示；当外部起偏器(3)的尺寸和光学防伪薄膜装置第二透射层(2)不同光学各向异性单元的尺寸关系如图5所示时，第二透射层(2)所包含的信息依次在样品的不同位置显现出来，且与外部起偏器(3)的移动方向相同。
实施例3
一种光学防伪薄膜装置，具有图7所示的结构，其中第一透射层(1)为对偏振光具有选择性透射功能的胆甾液晶层，第二透射层(2)具有两个光轴方向成80°，相位延迟均为λ/4的光学各向异性区域，第三透射层(4)具有两个光轴方向夹角为7°，相位延迟相差3λ/4的光学各向异性区域。第二透射层和第三透射层均为向列相液晶层。外部起偏器为圆偏振片，圆偏振片起偏区域(31)的宽度H31和非起偏区域(32)的宽度H32与组成第二透射层(2)和第三透射层(4)每个重复单元的宽度H之间满足关系：H31＝H/2且H32＝H。将外部起偏器(3)置于如图1所示的位置，其中箭头方向为透射光方向，可观察到第二透射层(2)所包含的信息。将该光学防伪薄膜装置翻面置于外部起偏层(3)上，可观察到第三透射层(4)所包含的信息。

Claims (15)

1.一种光学防伪薄膜装置，所述光学防伪薄膜装置包括：
第一透射层(1)；
第二透射层(2)；
以及用于检测的外部起偏器(3)，
其中，所述第一透射层(1)是圆偏振检偏层或线偏振检偏层；
所述第二透射层(2)至少包含由至少两个不同光学各向异性单元(211，221)交替分布组成的第一组区域(21)和第二组区域(22)，并且位于所述第一透射层下表面；
所述外部起偏器(3)至少包含由一个起偏单元(311)和一个非起偏单元(321)组成的起偏区域(31)和非起偏区域(32)；
所述第一透射层(1)与所述第二透射层(2)为不可分割的整体，所述外部起偏层(3)相对于所述第一透射层(1)与所述第二透射层(2)组成的整体可移动或不可移动。
2.如权利要求1所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述圆偏振检偏层是圆偏振片或胆甾相液晶层。
3.如权利要求2所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述圆偏振检偏层是胆甾相液晶层。
4.如权利要求1所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述线偏振检偏层是线偏振片或零级衍射光栅。
5.如权利要求1所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述第二透射层是线偏振片、向列相液晶层中的一种。
6.如权利要求1所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述第二透射层(2)所包含的各个光学各向异性单元内至少包含具有不同光轴方向或相位延迟的两个子单元。
7.如权利要求6所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述子单元的光轴方向夹角为70°～110°，且具有相同的相位延迟mλ/4，其中m为正整数，或所述子单元的光轴方向夹角为-20°～20°，且相位延迟相差mλ/4，其中m为正整数。
8.如权利要求1所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述外部起偏器(3)的起偏区域(31)的宽度H31，非起偏区域(32)的宽度H32与组成第二透射层(2)每个重复单元的宽度H之间满足关系：H31＝H/n且H32＝(n-m′)H/n，其中m′＝0，1，2，n为组成第二透射层(2)每个重复单元内拥有的各向异性区域数量。
9.如权利要求1所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述外部起偏器是圆偏振起偏层或线偏振起偏层。
10.如权利要求9所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述圆偏振起偏层是圆偏振片或胆甾相液晶层。
11.如权利要求9所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述线偏振起偏层是线偏振片或零级衍射光栅。
12.如权利要求1所述的光学防伪薄膜装置，所述外部起偏器是可人为或自动改变起偏区域位置、形状、尺寸、分布的起偏器。
13.如权利要求1所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述第一透射层的另一侧还包括一光学各向异性透射层，即第三透射层。
14.如权利要求13所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述光学各向异性透射层至少包含由至少两个不同光学各向异性单元交替分布组成的第一组区域和第二组区域。
15.如权利要求1-14中任一项所述的光学防伪薄膜装置，其特征在于，所述光学防伪薄膜装置还可包括承载光学涂层的塑料基材。
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