CN107428193A - 隐藏图像安全装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于生产光学装置、优选地安全装置的方法，其包括以下步骤：在衬底、优选地透明衬底的基本上平坦的第一表面上形成平面浮雕结构，所述平面浮雕结构具有第一对准方向并且包括各自具有相同高度的多个浮雕结构元件；以及将液晶聚合物(LCP)层施加到所述平面浮雕结构上，使得所述LCP层与所述浮雕结构对准，其中所述LCP层包括：在所述衬底的所述基本上平坦的第一表面上方具有第一高度的至少一个或多个第一LCP区以及具有第二高度的一个或多个第二LCP区域，其中所述第二高度不同于所述第一高度，并且一种光学装置通过这种方法形成。

Description

隐藏图像安全装置和方法
技术领域
本发明大体涉及例如像在钞票使上用的光学安全装置的领域。
背景技术
众所周知的是，世界上许多钞票以及其他安全证件都携带充当安全元件的光学装置。一些光学安全元件产生取决于是否通过解码屏幕观察光学安全元件而变化的光学效果。因此，将此类光学安全元件并入安全证件中充当对伪造证件的威慑。
尽管如此，不道德的伪造团伙已经变得更有组织并更有技术能力，并且来自伪造的高回报(尽管有风险)已经变得更容易认识到。近年来，模仿正版元件的尝试已经变得越来越成功。以下事实加剧了这个问题：公众人士对钞票进行鉴定的过程长久以来被认为是安全系统中最弱的点。公众人士在鉴定其钞票上花费非常少的时间(如果有的话)，这使得仿品更容易流通。因此，虽然难以复现光学安全元件的光学效果，但是可能容易产生在没有适当检查的情况下可能看起来类似于所述光学效果的可流通伪造品。
已知的是，液晶包括双折射特性。到包括液晶材料的表面上的入射光将取决于入射光的偏振而经历不同的折射指数。
澳大利亚专利号2005207096教导将液晶层施加到浮雕结构，其中浮雕结构在非平面表面上形成。施加液晶层使得其面向外表面是基本上平坦的，并且因此液晶层的不同区具有不同的厚度。将液晶层形成到非平面表面上由于至少两种原因而是相对困难的。首先，可能难以产生包括高度差足以产生不同光学效果的浮雕结构的非平面表面。其次，可能需要专门的设备以便将液晶层正确地(例如充分配准地)施加到非平面表面上。
因此，本发明的目的是提供解决现有技术限制的光学装置及其形成方法。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于生产光学装置的方法，其包括以下步骤：在衬底的基本上平坦的第一表面上形成浮雕结构，所述浮雕结构具有第一对准方向并且包括多个浮雕结构元件；以及将液晶聚合物(LCP)层施加到所述浮雕结构上，使得所述LCP层与所述浮雕结构对准，其中所述LCP层包括：在所述衬底的所述基本上平坦的第一表面上方具有第一高度的至少一个或多个第一LCP区以及具有第二高度的一个或多个第二LCP区，其中所述第二高度不同于所述第一高度。
优选地，所述衬底是透明的。此外，所述光学装置可以是安全装置。
任选地，所述或每个第一LCP区与第一颜色相关联，并且其中所述或每个第二LCP区与第二颜色相关联，所述第二颜色不同于所述第一颜色。所述LCP层还可包括具有第三高度的一个或多个第三LCP区，其中所述第三高度不同于所述第一高度和所述第二高度两者。在这种情况下，还优选的是，所述或每个第三LCP区与第三颜色相关联，所述第三颜色不同于所述第一颜色和所述第二颜色。
所述方法优选地包括将高折射率(HRI)层施加到所述LCP层上的步骤。所述HRI层可延伸超过所述LCP层的边缘。此外，所述HRI层任选地包括基本上平坦的面向外的表面。所述HRI层可被选择成具有与所述LCP层的寻常折射率相同或基本上相同的折射率。可替代地，所述HRI层可被选择成具有与所述LCP层的非寻常折射率相同或基本上相同的折射率。在另一个替代方案中，所述HRI层被选择成具有在所述LCP层的所述寻常折射率与非寻常折射率之间的折射率。然而，在另一个配置中，所述HRI层可被选择成具有显著大于所述LCP层的最大折射率的折射率。
优选地，所述衬底包括压花层，并且所述方法包括压花步骤，使得所述衬底的压花层被压花以产生所述浮雕结构。所述压花层可包括可辐射固化油墨，并且因此所述压花步骤可包括对所述可辐射固化油墨进行压花和固化，从而形成所述浮雕结构。
任选地，所述液晶聚合物层使用印刷过程(诸如，凹版印刷、柔版印刷、丝网印刷或喷墨印刷)来施加。
在实施方案中，所述浮雕结构对应于优选地至少相对于可见波长的光的非衍射光栅。然而，在其他实施方案中，所述浮雕结构对应于优选地至少相对于可见波长的光的衍射光栅。每个浮雕结构元件可纵向延伸并且被布置成平行于每个其他浮雕结构。
优选地，所述衬底是至少基本上透明的，并且所述方法包括在所述衬底的与所述LCP层相反的第二表面上形成第一线性偏振器的另外步骤。所述线性偏振器可具有相对于所述第一对准方向对准成处于基本上45度的偏振方向。
在实施方案中，所述LCP层包括一个或多个结构化区，其中所述或每个结构化区包括在所述LCP层的所述面向外的表面上形成的光栅轮廓。整个所述LCP层可对应于结构化区，或可替代地，所述浮雕结构可包括一个或多个非浮雕区，并且所述结构化区可被定位成与所述一个或多个非浮雕区重叠。任选地，所述光栅轮廓被配置来提供衍射效果。
根据本发明的第二方面，提供一种用于生产安全证件、优选地钞票的方法，其包括提供证件衬底的步骤，所述证件衬底在所述证件衬底的区中包括根据第一方面的方法生产的光学装置。
在一个实施方案中，所述光学装置的所述衬底不同于所述证件衬底，并且所述光学装置与所述证件衬底分开形成并随后附接到所述证件衬底。在替代性实施方案中，所述光学装置的所述衬底与所述证件衬底相同。
所述方法优选地包括将第一乳浊层施加到所述证件衬底的一侧的步骤，所述第一乳浊层包括窗口区，使得所述光学装置位于所述窗口区中。此外，优选地，所述方法包括将第二乳浊层施加到所述证件衬底的与所述第一乳浊层不同的一侧的步骤，所述第二乳浊层包括窗口区，使得所述光学装置位于所述窗口区中，从而使得所述光学装置位于所述安全证件的窗口中。可替代地，所述方法包括将第二乳浊层施加到所述证件衬底的与所述第一乳浊层不同的一侧的步骤，所述第二乳浊层部分地或完全地覆盖所述光学装置，使得所述光学装置位于所述安全证件的半窗口中。
所述方法还可包括以下步骤：在所述证件衬底的与所述光学装置的位置不同的区中提供偏振器，使得可借助所述偏振器通过对所述证件衬底进行扭转、折叠或其他操纵来观察所述光学装置。
根据本发明的第三方面，提供一种光学装置、诸如安全装置，其包括：浮雕结构，所述浮雕结构位于衬底的基本上平坦的第一表面上，所述浮雕结构具有第一对准方向并且包括多个浮雕结构元件；以及液晶聚合物(LCP)层，所述液晶聚合物层被施加到所述浮雕结构，使得所述LCP层与所述浮雕结构对准，其中所述LCP层包括：在所述衬底的所述基本上平坦的第一表面上方具有第一高度的至少一个或多个第一LCP区以及具有第二高度的一个或多个第二LCP区，其中所述第二高度不同于所述第一高度。优选地，所述衬底是透明的。
任选地，所述或每个第一LCP区与第一颜色相关联，并且其中所述或每个第二LCP区与第二颜色相关联，所述第二颜色不同于所述第一颜色。所述LCP层还可包括具有第三高度的一个或多个第三LCP区，其中所述第三高度不同于所述第一高度和所述第二高度两者。在这种情况下，还优选的是，所述或每个第三LCP区与第三颜色相关联，所述第三颜色不同于所述第一颜色和所述第二颜色。
优选地，所述光学装置包括施加到所述LCP层的高折射率(HRI)层。所述HRI层可延伸超过所述LCP层的边缘。此外，所述HRI层任选地包括基本上平坦的面向外的表面。所述HRI层可被选择成具有与所述LCP层的寻常折射率相同或基本上相同的折射率。可替代地，所述HRI层可被选择成具有与所述LCP层的非寻常折射率相同或基本上相同的折射率。在另一个替代方案中，所述HRI层可被选择成具有在所述LCP层的所述寻常折射率与非寻常折射率之间的折射率。然而，在另一个配置中，所述HRI层被选择成具有显著大于所述LCP层的最大折射率的折射率。
优选地，所述衬底包括对应于所述浮雕结构的压花层。所述压花层可包括可辐射固化油墨。
任选地，所述液晶聚合物层使用印刷过程(诸如，凹版印刷、凹雕印刷、胶版印刷、丝网印刷或喷墨印刷)来施加。
在一个实施方案中，所述浮雕结构对应于优选地至少相对于可见波长的光的非衍射光栅。然而，在另一个实施方案中，所述浮雕结构对应于优选地至少相对于可见波长的光的衍射光栅。每个浮雕结构元件可纵向延伸并且被布置成平行于每个其他浮雕结构。
优选地，所述衬底是透明的，并且所述光学装置包括位于所述衬底的与所述LCP层相反的第二表面上的第一线性偏振器。所述第一线性偏振器可具有相对于所述第一对准方向对准成处于基本上45度的偏振方向。
在实施方案中，所述LCP层包括一个或多个结构化区，其中所述或每个结构化区包括在所述LCP层的所述面向外的表面上形成的光栅轮廓。整个所述LCP层可对应于结构化区。可替代地，浮雕结构可包括一个或多个非浮雕区，并且其中所述结构化区被定位成与所述一个或多个非浮雕区或所述一个或多个非浮雕区中的每一个重叠。任选地，所述光栅轮廓被配置来提供衍射效果。
根据本发明的第四方面，提供一种安全证件、优选地钞票，其包括证件衬底，所述证件衬底在所述证件衬底的区中包括根据第三方面的光学装置。
在一个实施方案中，所述光学装置的所述衬底不同于所述证件衬底，并且其中所述光学装置与所述证件衬底分开形成并随后附接到所述证件衬底。在替代性实施方案中，所述光学装置的所述衬底与所述证件衬底相同。
所述安全证件优选地包括施加到所述证件衬底的一侧的第一乳浊层，所述第一乳浊层包括窗口区，使得所述光学装置位于所述窗口区中。
还优选地，所述安全证件包括施加到所述证件衬底的与所述第一乳浊层不同的一侧的第二乳浊层，所述第二乳浊层包括窗口区，使得所述光学装置位于所述窗口区中，从而使得所述光学装置位于所述安全证件的窗口中。可替代地，所述安全证件包括施加到所述证件衬底的与所述第一乳浊层不同的一侧的第二乳浊层，所述第二乳浊层部分地或完全地覆盖所述光学装置，使得所述光学装置位于所述安全证件的半窗口中。
所述安全证件还可包括偏振器，所述偏振器在所述证件衬底的与所述光学装置的位置不同的区中形成，使得可借助所述偏振器通过对所述证件衬底进行扭转、折叠或其他操纵来观察所述光学装置。
本发明有利地提供一种光学装置以及用于形成这种装置的方法，其中具有不同高度的液晶聚合物层形成到衬底的基本上平面的表面上，从而避免对产生液晶层被施加到其上的非平面表面的需要。
安全证件或代价券
如本文所用，术语安全证件和代价券包括所有类型的有价的证件和代价券以及身份证件，包括但不限于以下各项：货币物品，诸如钞票和硬币；信用卡；支票；护照；身份证；证券和股票；驾驶证；权利证书；旅行证件，诸如飞机票和火车票；进入卡和门票；出生证、死亡证和结婚证；以及学历成绩单。
本发明具体地但不排他地可应用于由被施加一个或多个印刷层的衬底形成的安全证件或代价券(诸如，钞票)或身份证件(诸如，由衬底形成的身份证或护照)。本文所述的衍射光栅和光学可变装置还可应用于其他产品，诸如包装。
安全装置或特征
如本文所用，术语安全装置或特征包括意图保护安全证件或代价券免于伪造、拷贝、更改或窜改的大量安全装置、元件或特征中的任一个。安全装置或特征可设置在安全证件的衬底之中或之上或设置在施加到衬底衬底的一个或多个层之中或之上，并且可采用多种多样的形式，诸如嵌入在安全证件的层中的安全螺纹；安全油墨，诸如荧光、发光和磷光油墨，金属油墨，虹彩油墨，光致变色、热致变色、水致变色或压致变色油墨；印刷和压花特征，包括浮雕结构；干涉层；液晶装置；透镜和透镜状结构；光学可变装置(OVD)，诸如包括衍射光栅、全息图和衍射光学元件(DOE)的衍射装置。
衬底
如本文所用，术语衬底指安全证件或代价券由其形成的衬底材料。衬底材料可以是纸或其他纤维材料，诸如纤维素；塑料或聚合材料，包括但不限于聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)；或两种或更多种材料的复合材料，诸如纸和至少一种塑料材料或者两种或更多种聚合材料的层压物。
透明窗口和半窗口
如本文使用，术语窗口是指安全证件中与要对其施加印刷的基本上不透明区域相比而言的透明或半透明区域。窗口可以是完全透明的，使得它允许光基本上不受影响地透射，或者它可以是部分地透明的或部分地半透明的，从而允许光透射，但不允许透过窗口区域清楚地看到物体。
窗口区域可通过以下方式在具有至少一个透明聚合物材料层和施加到透明聚合物衬底的至少一侧的一个或多个乳浊层的安全证件中形成：在形成窗口区域的区中省略至少一个乳浊层。如果乳浊层施加到透明衬底的两侧，则可通过在窗口区域中在透明衬底的两侧上省略乳浊层来形成完全透明窗口。
此后称为“半窗口”的部分透明或半透明区域可通过以下方式在两侧上均具有乳浊层的聚合物安全证件中形成：在窗口区域中在安全证件的仅一侧上省略乳浊层，使得“半窗口”是不完全透明的，但允许一些光穿过，而不允许透过半窗口清楚地观察物体。
可替代地，衬底可以由基本上不透明的材料(诸如，纸或纤维材料)形成，透明塑料材料的插入件插入到纸或纤维衬底中的切口或凹陷中，以形成透明窗口或半透明的半窗口区域。
乳浊层
一个或多个乳浊层可施加到透明衬底以增加安全证件的不透明性。乳浊层是这样以使得LT<L0，其中L0是入射在证件上的光的量，并且LT是透射穿过证件的光的量。乳浊层可包含多种乳浊涂料中的任一种或多种。例如，乳浊涂层可包含分散在热激活可交联聚合物材料的粘合剂或载体内的颜料，诸如二氧化钛。可替代地，透明塑料材料的衬底可夹在纸或其他部分地或基本上不透明材料的乳浊层之间，标记随后可印刷或以其他方式施加到乳浊层。
折射率n
介质的折射率n是光在真空中的速度与光在介质中的速度的比。根据斯涅尔定律，透镜的折射率n确定到达透镜表面的光线将被折射的量：
n1*Sin(α)＝n*Sin(θ)，
其中α是入射线与透镜表面处的入射点处的法线之间的角度，θ是折射线与入射点处的法线之间的角度，并且n1是空气的折射率(作为近似，n1可以取1)。
可压花的可辐射固化油墨
本文所用的术语可压花的可辐射固化油墨是指任何油墨、漆或其他涂料，所述油墨、漆或其他涂料可在印刷过程中施加到衬底，并且可在柔软时被压花以形成浮雕结构并且由辐射固化以使所压出浮雕结构凝固。在一些过程中，在对可辐射固化油墨进行压花之前执行部分固化，但是固化过程也可以在压花之后或与压花步骤基本上同时地发生。可辐射固化油墨优选地可由紫外(UV)辐射固化。可替代地，可辐射固化油墨可由其他形式的辐射(诸如,电子束或X射线)固化。
可辐射固化油墨优选地是由清透树脂材料形成的透明或半透明油墨。这种透明或半透明油墨特别适用于印刷光透射安全元件，诸如亚波长光栅、透射衍射光栅和透镜结构。
在一个特别优选的实施方案中，透明或半透明油墨优选地包含基于丙烯酸的UV可固化的清透可压花漆或涂料。
此类UV可固化漆可从生产紫外型UVF-203或类似物的各种制造商获得，包括Kingfisher油墨有限公司。可替代地，可辐射固化的可压花涂料可基于其他化合物，例如硝化纤维素。
已经发现本文所用的可固化辐射油墨和漆特别适用于压出微结构，包括衍射结构(诸如，衍射光栅和全息图)以及微透镜和透镜阵列。然而，它们还可被压花成具有更大的浮雕结构，诸如非衍射光学可变装置。
油墨优选地基本上在同时被压花并由紫外(UV)辐射固化。在特别优选的实施方案中，在凹版印刷过程中基本上在同时施加可辐射固化油墨并对其进行压花。
优选地，为了适用于凹版印刷，可固化辐射油墨具有基本上落入约20厘泊至约175厘泊、并且更优选地约30厘泊至约150厘泊的范围内的粘度。粘度可通过测量从Zahn杯#2排出漆的时间来确定。在20秒内排出的样品具有30厘泊的粘度，并且在63秒内排出的样品具有150厘泊的粘度。
附图说明
现将参考附图来描述本发明的实施方案。将理解，实施方案通过说明方式给出，并且本发明不受这种说明限制。在附图中：
图1示出包括安全装置的安全证件；
图2a示出用于生产安全装置的压花过程的步骤；
图2b示出用于生产安全装置的压花过程的步骤；
图3示出安全装置的压花侧；
图4示出施加到安全装置的压花侧的液晶聚合物(LCP)层；
图5a示出包括具有不同高度的大小相等的LCP区的LCP层；
图5b示出包括具有不同高度的大小不同的LCP区的LCP层；
图5c示出LCP层的LCP区的布置；
图6示出由高折射率(HRI)材料层覆盖的LCP层；
图7a示出在正常观察条件下以及在特殊观察条件下的安全装置的外观；
图7b示出根据一个实施方案的用于观察隐藏图像的布置；
图7c示出根据另一个实施方案的用于观察隐藏图像的布置；
图7d示出根据另一个实施方案的用于观察隐藏图像的布置；
图8示出包括输入偏振器、LCP层和输出偏振器的布置；
图9示出在穿过LCP层的距离下的入射线偏振光的偏振发展；
图10示出在穿过LCP层的距离下的入射线偏振光的偏振发展、以及不同取向的输出偏振器的输出偏振和强度；
图11示出两个不同波长在LCP层的不同距离下的输出强度；
图12示出由LCP区的布置形成的双色图像；
图13a示出包括结构化表面的LCP层，所述结构化表面覆盖LCP层的整个面向外的表面；以及
图13b示出包括结构化表面的LCP层，所述结构化表面覆盖LCP层的面向外的表面的部分。
具体实施方式
出于以下讨论的目的，附图应被视为是说明性的并且不是按比例的，除非另有说明。附图示出所描述实施方案的简化描述。
如本文所用的“偏振滤波器”可选自：如AU 2011100315中所描述的结构偏振器；如AU 2012100299中所描述的液晶偏振器；或任何其他合适的偏振器。“积分偏振器”是作为安全装置的一部分形成(例如像在安全装置的一侧上形成)的偏振器。
“入射光”是来自光源的入射到衬底的一侧上的光，并且总体上被认为是非偏振白光(例如像源自白炽光源或荧光光源)，除非另有说明。
“视觉效果”是图像、图案或其他视觉上可识别的效果。视觉效果可以是只有在某些条件下才可见的隐藏视觉效果，或者在正常观察条件下可见的显性视觉效果。视觉效果也可以是衍射视觉效果或非衍射视觉效果。
“验证偏振器”是与光学装置分开定位的偏振器(例如形成为安全证件的一部分的偏振器)，或者与安全证件分开形成或供应的偏振器。
如本文所用的“颜色”是指被感知的颜色，并且可对应于单个波长范围或不同波长范围的混合。
参考图1，安全证件2包括光学装置4和验证偏振器6。安全证件2包括衬底8，所述衬底8包括第一表面10和第二表面12。第一表面10和/或第二表面12可包括乳浊层。乳浊层上可提供(例如，印刷)有设计和/或图案和/或实色和/或文本等。此外，乳浊层中的一个或两个可包括对应于光学装置4的窗口区。在仅一个乳浊层包括对应于光学装置4的窗口区的情况下，光学装置4位于安全证件2的半窗口区内。在两个乳浊层都包括对应于光学装置4的位置的窗口区的情况下，光学装置4位于全窗口区内。光学装置4也包括衬底，所述衬底可以是与整个安全证件2相同的衬底8(如本文所假定的)。在其他实施方案中，光学装置4被形成为例如转移膜，以用于施加到安全证件2的衬底8。
在本文所描述的实施方案中，光学装置4提供关于安全证件2的安全功能，并且与“安全装置4”可互换地引用。
图2a和图2b示出光学装置4的区中的衬底8的第一表面10的侧视图(图2a)和俯视图(图2b)。衬底8的第一表面10是基本上平面的，并且包括形成到其上的对准层20，从而限定压出的浮雕结构16。浮雕结构16充当对准光栅16。第一表面10可包括对准区和非对准区。衬底8包括压花层，其中压花层可以是衬底8(或衬底8的一部分)或施加到衬底8的层。在后一种情况下，压花层可包括可辐射固化油墨，例如可UV固化油墨。在压花过程期间或之后不久，用辐射(例如，UV辐射)照射可辐射固化油墨，这导致可辐射固化油墨固化。
对准光栅16包括光栅元件18，每个光栅元件18对应于从第一表面10延伸并且纵向且平行于彼此延伸的峰。可替代地，光栅元件18可对应于压花层中的凹部14。在一个实施方案中，每个光栅元件18具有完全相同的宽度或基本上相同的宽度(例如，所述相同将由于压花过程的分辨率造成的变化考虑在内)。例如，每个光栅元件18的宽度是完全相同的，并且光栅间距23(是邻近光栅元件18上的完全相同点之间的间距)等于光栅元件18的宽度的两倍。
根据一个实施方案，光栅间距23被选择成使得光栅16不产生衍射效果，或者任何衍射效果足够小，以不干扰光学器件4的操作。然而，可想象：衍射效果可并入整体视觉效果中，并且因此可替代地，光栅元件18可被配置来提供衍射视觉效果以及本文描述的视觉效果(即，光栅间距可在可见光波长的数量级)。
参考图3a和图3b，液晶聚合物(LCP)被施加到浮雕结构16上，从而形成LCP层24。LCP可使用印刷技术来施加。示例性印刷技术包括喷墨印刷、凹版印刷和凹雕印刷。LCP层24然后通过例如基于热和/或辐射的固化来凝固。当凝固时，液晶分子固定在适当位置中并且被对准成基本上平行于下伏光栅对准方向。
LCP层24包括多个LCP区26a、26b。出于本公开的目的，主要利用两种类型的LCP区(第一LCP区26a和第二LCP区26b)来描述实施方案，除非另有说明。然而，应注意，总体上可采用多于两种不同类型的LCP区26。存在一个或多个每种类型的LCP区26a、26b，并且每种类型与LCP层24的特定唯一高度(或厚度)相关联。图3a和图3b示出具有三个第一LCP区26a和两个第二LCP区26b的LCP层24。在实施方案中，LCP层24与印刷同时凝固。
LCP区26a、26b可以多种方式来布置以便形成图像，例如对应于宏图像的图像(图4a)或对应于微图像阵列的图像(图4b)。
在一个实施方案中，LCP区26a、26b被布置成使得第一LCP区26a限定一个图像或多个图像，并且第二LCP区26b限定背景。在图4a中，第一LCP区26a限定图像“$100”，并且第二LCP区26b限定图像的背景。在图4b中，第一LCP区26a限定微图像(对应于“$100”的重复)，并且第二LCP区26b再次限定微图像的背景。
在另一个实施方案中，LCP区26a、26b限定像素28，并且因此规则地布置在衬底的表面上。
在一个配置中，每个像素28具有相关联亮度。如图4c所示，这可以通过修改将要由包括光栅元件18的区(光栅区29a)和/或不包括光栅元件18的区(非光栅区29b)构成的每个像素的下伏浮雕结构来实现。对于每个像素28，相关联亮度对应于光栅区29a的面积与非光栅区29b的面积的比。像素28的最大强度对应于整个像素28与光栅区29a相关联，并且像素28的最小强度对应于整个像素28与非光栅区29b相关联。
参考图4d，示出一个实例，其中每个像素28的颜色选自红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)，即存在三种类型的LCP区26a、26b、26c。像素28被布置成使得存在每种颜色的重复图案。以此方式，可产生RGB图像，其中每个像素28充当更大复合像素29的子像素。每个复合像素29的表观颜色是基于每个像素28的相对强度。所示出的是，对于每个蓝色和红色子像素存在两个绿色子像素；然而这只是一个实例。
在另一个配置中，两个LCP区26a、26b被布置以产生半色调图像。为此目的，第一LCP区26a被配置为“前景”颜色，并且第二LCP区26b被配置为“背景”颜色。可利用用于产生半色调图像的已知方法。
在一个实施方案中，参考图5，然后高折射率(HRI)层30被施加到LCP层24上。HRI层30可在衬底8表面上方被施加到一致或基本上一致(例如，除了由于印刷过程造成的小变化之外，一致)的高度。如图6所示，HRI层30可延伸超过LCP层24的侧部，从而为LCP层24提供保护涂层。HRI层30可以是反射的或透射的。当是反射的时，LCP层24仅透过衬底8可见，并且因此光学装置4应位于衬底8的透明区内(即，在窗口区内)。当是透射的时，LCP层24可以是透过衬底8可见的和/或直接(透过HRI层30)可见的，这取决于光学装置4是位于全窗口区内还是半窗口区内。在另一个配置中，HRI层30是透明的，并且反射表面被施加到HRI层30的面向外的表面、或者被施加到衬底的与HRI层30相反的一侧。HRI层30可使用已知的印刷过程(例如，凹版印刷)来施加。
在一个实施方案中，HRI层30被选择成具有与LCP层24的折射率相同或接近的折射率。由于LCP层24是双折射的，折射率可被选择成接近寻常折射率、非寻常折射率、或这些折射率之间的折射率。例如，HRI层30的折射率是LCP层24的两个折射率的平均值。在此实施方案中，当在没有偏振器(以下描述)的情况下进行观察时，LCP区26a、26b的布置不容易辨别。HRI层30起作用来既在物理上又在光学上使LCP层24的高度差“平滑”，并且因此呈现出当在没有偏振器的情况下进行观察时不具有表观显性视觉效果的表面。
在替代性实施方案中，HRI层30被选择成具有足够不同于(例如，大于)LCP层24的折射率以允许LCP区26a、26b的布置(但不是颜色)在不使用偏振器的情况下可见的折射率。
在又另一个实施方案中，安全装置也可以存在其中不同LCP区26a、26b的布置可辨别的区域以及其中不同LCP区26a、26b的布置不可辨别的区域。为了实现这一点，HRI施加过程包括施加两种(或更多种)不同HRI材料，每种材料覆盖LCP层24的不同部分。
在使用中，当在正常观察条件下观察时，与当通过一个或多个偏振器观察时(所需偏振器数量将取决于实施方案)，光学装置4看起来不同。
现在将描述各种实施方案。总体上，每个实施方案包括一个或多个偏振滤波器(线性偏振器)。“输入偏振器”是接收入射非偏振光并且朝向LCP层24传输偏振光的线性偏振器。“输出偏振器”是接收从LCP层24透射的光并且将光传输到用户(或其他观察者，诸如照相机)的线性偏振器。输入偏振器和输出偏振器可以是相同的线性偏振器(例如，在光学装置4包括反射表面的情况下)或不同的线性偏振器。在一些配置中，结合LCP层24使用反射层以提供反射效果。
参考图6a和6b，示出当在没有对应的一个或多个偏振器38(图6a)的情况下进行观察时以及当在具有对应的一个或多个偏振器40(图6b)的情况下进行观察时的光学装置4的外观。在后一种情况下，光学装置4的外观对应于隐藏视觉效果。
在图7a的实施方案中，为了观察隐藏视觉效果，通过充当输入偏振器和输出偏振器的单个偏振器42来观察LCP层24。在这种布置中，衬底8与LCP层24之间包括反射层38(如图所示)，或者可替代地，反射层38可位于(透明)衬底8的与LCP层24相反的第二表面12(未示出)上。反射层38可对应于压花层、在施加LCP层24之前施加到压花层或衬底8的单独层、或施加到衬底8的与LCP层24相反的一侧的反射层。
在图7b和图7c的实施方案中，为了观察隐藏视觉效果，需要偏振光源。参考图7b，这通过将第一偏振器44放置到衬底8的与LCP层24相反的一侧上来实现，所述放置通过在构造光学装置4期间将第一偏振器44并入到衬底8上或者通过将单独的偏振滤波器(例如，位于安全证件2的不同区中的偏振滤波器)放置在第二表面12之上进行。在这种情况下，第一偏振器44充当输入偏振器。参考图7c，偏振光源替代地是偏振灯40。
为了观察隐藏视觉效果，第二偏振滤波器46被定位在LCP层24之上。第二偏振器46可以是图1的验证偏振器6，其可通过折叠安全证件2而被定位在LCP层24之上。在这些实施方案中，第二偏振滤波器46并不固定到安全装置4，并且必须手动地(例如，由用户)定位成与安全装置4重叠。
总体上，输入偏振器(无论它是第一偏振器44还是第二偏振器46)应具有既不垂直也不平行于LCP层24的对准方向的偏振方向。常常优选的是将输入偏振器的偏振方向相对于LCP层24的对准方向对准成处于基本上45度(如图8所示)。对于双向布置(其中当观察安全装置4的任一侧时可看到光学效果)，通常优选的是将偏振器44、46两者布置成具有相对于LCP层24的对准方向对准成处于基本上45度的偏振方向。在这种情况下，偏振器44、46的偏振方向可彼此垂直(如图8所示)或平行(未示出)。
图9示出对入射线偏振光的偏振的影响(例如，在穿过输入偏振器之后)，其中入射光的偏振方向相对于LCP层24的对准方向旋转45度。当光行进穿过LCP层24时，入射光的偏振在线偏振光48与圆偏振光50之间改变。这是由于LCP层24的双折射特性。如图所示，入射光将从沿第一方向48(例如，等于输入偏振器的偏振方向)的线偏振光连续改变成第一旋向性50的圆偏振、沿垂直于第一方向48的第二方向52的线偏振、以及与第一旋向性50相反的第二旋向性54的圆偏振。此过程将继续，直到光离开LCP层24为止。
当被实现为反射光学装置4(例如，如图7a所示)时，入射的非偏振光由单个偏振器42线性地偏振。然后，光行进穿过LCP层24，之后反射离开反射层36并且往回行进穿过LCP层24。以此方式，光行进穿过LCP层24的总最小距离是LCP层24厚度的两倍。
当被实现为透射光学装置4时，发现了与在反射光学装置4的情况下相同的对入射光的影响，然而路径长度等于LCP层24的厚度。
图10中示出对行进穿过LCP层24的初始线偏振单色光(即，一个波长的光)的影响。曲线图58的x轴56对应于行进穿过LCP层24的距离，其中为1的单位等于与偏振变化的全循环相对应的距离(即，为1的距离处的偏振等于输入偏振)。此距离对于不同波长的光是不同的。顶部系列60示出光在穿过LCP层24的每个距离处的偏振。实线66和第一底部系列62示出平行于输入偏振器(其包括反射模式装置)的输出偏振器的相对输出强度。虚线68和第二底部系列64示出垂直于输入偏振器的输出偏振器的相对输出强度。
图11示出对不同波长的光的输出强度的不同影响。示出两个输入波长70、72在穿过LCP层24的不同行进距离(也具有任意单位)下的输出强度(具有任意单位)。在所述实例中，在距离A处，第一波长70的输出强度显著大于第二波长72的输出强度。距离B下的输出是近似相等的，并且最后在距离C处，第二波长72的输出显著更大。
总体上，在输入光为白光的情况下，由于一些波长被输出偏振器阻挡，输出光是有色光。参考图12，不同LCP区26a、26b的输出被选择成表现为不同的颜色(优选地彼此形成良好对比的颜色)，由此提供双色或更多色图像作为隐藏视觉效果。如图所示，美元符号的图像可通过第一类型的LCP区26a和第二类型的LCP区26b的选择性布置来产生。具有相同LCP轮廓的邻近LCP区26a或26b可被认为是分开的LCP区26a或26b(即，像素)或被认为是一个LCP区26a或26b。
参考图13a至13b描述另外的实施方案。这些实施方案将表面结构并入到LCP层24的面向外的表面76(为了方便，面向外的表面在本文中简称为LCP表面76)上。表面结构是至少包括具有非平滑轮廓(例如适用于产生衍射效果的光栅)的区的表面结构。
参考图13a的实施方案，LCP层24的LCP表面76的整个范围包括表面结构(任选地不包括不同LCP区26a、26b之间的过渡边缘)。表面结构对应于LCP光栅元件78的布置，所述LCP光栅元件78对应于形成到LCP层24上的突起(如图所示)和/或凹部(未示出)。LCP光栅元件76被布置成具有诸如用于相对于入射光提供衍射效果的间距和尺寸。还设想了其他布置，包括被配置来提供零级衍射效果的间距和尺寸。
参考图13b的实施方案，仅LCP层24的LCP表面76的一部分包括表面结构。表面结构包括LCP光栅区80和LCP非光栅区82。类似于图13a的实施方案，LCP光栅区80包括LCP光栅元件78的布置。LCP光栅区80内的LCP光栅元件78被布置成具有诸如用于相对于入射光提供衍射效果的间距和尺寸。此外，还设想了其他布置，包括被配置来提供零级衍射效果的间距和尺寸。
在图13b的实施方案中，LCP光栅区80与LCP区26a、26b重叠。换言之，LCP光栅元件78与形成到衬底8的表面上的光栅16重叠。总体上，这将会把参考图1至图13b描述的视觉效果与LCP光栅元件78所产生的视觉效果组合起来。在附图中，LCP光栅区80和LCP非光栅区82中的每一个与LCP区26a、26b的整个表面完全相关联。在一个变型中，LCP光栅区80和LCP非光栅区82与特定LCP区26a、26b的表面区域无关(例如，通过说明，单个LCP光栅区80可与半个或一个半LCP区26a、26b重叠)。
在另一个实施方案中，形成到衬底8上的光栅16被配置成具有光栅区和非光栅区。LCP光栅区80被配置成与非光栅区重叠，并且LCP非光栅区82被配置成与光栅区重叠。实施方案有效地允许与光学装置4相关联的两种独立光学效果。
在以上实施方案的特定实例中，LCP区26之一(例如，一个或多个第二LCP区26b)被配置成在通过偏振器观察时不显示颜色变化或显示极小颜色变化。这可通过具有相对小的层厚度来实现。替代地，一个或多个第二LCP区26b被配置成具有表面结构(所述第二LCP区26b或所述第二LCP区26b中的每一个对应于LCP光栅区80)，并且一个或多个第一LCP区26a被配置成没有表面结构(所述第二LCP区26b或所述第二LCP区26b中的每一个对应于LCP非光栅区82)。
在不脱离本发明的范围的情况下，可并入进一步的修改和改进。例如，可采用反射偏振器作为验证偏振器。

Claims (58)

1.一种用于生产光学装置的方法，所述光学装置优选为安全装置，所述方法包括以下步骤：
a.在衬底、优选地透明衬底的基本上平坦的第一表面上形成浮雕结构，所述浮雕结构具有第一对准方向并且包括多个浮雕结构元件；以及
b.将液晶聚合物(LCP)层施加到所述浮雕结构上，使得所述LCP层与所述浮雕结构对准，
其中所述LCP层在所述衬底的所述基本上平坦的第一表面上方至少包括：具有第一高度和第一厚度的一个或多个第一LCP区以及具有第二高度和第二厚度的一个或多个第二LCP区域，其中所述第二高度不同于所述第一高度，并且其中所述第二厚度不同于所述第一厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一LCP区或每个所述第一LCP区与第一颜色相关联，并且其中所述第二LCP区或每个所述第二LCP区与第二颜色相关联，所述第二颜色不同于所述第一颜色。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述LCP层还包括具有第三高度的一个或多个第三LCP区，其中所述第三高度不同于所述第一高度和所述第二高度两者。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括将高折射率(HRI)层施加到所述LCP层上的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述HRI层延伸超过所述LCP层的边缘。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的方法，其中所述HRI层包括基本上平坦的面向外的表面。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述HRI层被选择成具有与所述LCP层的寻常折射率相同或基本上相同的折射率。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述HRI层被选择成具有与所述LCP层的非寻常折射率相同或基本上相同的折射率。
9.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述HRI层被选择成具有在所述LCP层的寻常折射率与非寻常折射率之间的折射率。
10.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述HRI层被选择成具有显著大于所述LCP层的最大折射率的折射率。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述衬底包括压花层，并且所述方法包括压花步骤，使得所述衬底的所述压花层被压花以产生所述浮雕结构。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述压花层包括可辐射固化油墨，并且其中所述压花步骤包括对所述可辐射固化油墨进行压花和固化，从而形成所述浮雕结构。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述液晶聚合物层使用优选地选自凹版印刷、柔版印刷、丝网印刷或喷墨印刷的印刷过程来施加。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述浮雕结构对应于优选地至少相对于可见波长的光的非衍射光栅。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述浮雕结构对应于优选地至少相对于可见波长的光的衍射光栅。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个浮雕结构元件纵向延伸并且被布置成平行于每个其他浮雕结构。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述衬底是至少基本上透明的，并且所述方法包括在所述衬底的与所述LCP层相反的第二表面上形成第一线性偏振器的另外步骤。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一线性偏振器具有相对于所述第一对准方向对准成处于基本上45度的偏振方向。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述LCP层包括一个或多个结构化区，其中所述结构化区或每个所述结构化区包括在所述LCP层的面向外的表面上形成的光栅轮廓。
20.根据权利要求19所述的方法，其中整个所述LCP层对应于结构化区。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述浮雕结构包括一个或多个非浮雕区，并且其中所述结构化区被定位成与所述一个或多个非浮雕区重叠。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中所述光栅轮廓被配置来提供衍射效果。
23.一种用于生产安全证件的方法，所述安全证件优选地为钞票，所述方法包括以下步骤：
a.提供证件衬底，所述证件衬底在所述证件衬底的区中包括根据权利要求1至22中任一项所述的方法生产的光学装置。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述光学装置的衬底不同于所述证件衬底，并且其中所述光学装置与所述证件衬底分开形成并随后附接到所述证件衬底。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述光学装置的所述衬底与所述证件衬底相同。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，所述方法包括将第一乳浊层施加到所述证件衬底的一侧的步骤，所述第一乳浊层包括窗口区，使得所述光学装置位于所述窗口区中。
27.根据权利要求26所述的方法，包括将第二乳浊层施加到所述证件衬底的与所述第一乳浊层不同的一侧的步骤，所述第二乳浊层包括窗口区，使得所述光学装置位于该窗口区中，从而使得所述光学装置位于所述安全证件的窗口中。
28.根据权利要求26所述的方法，包括将第二乳浊层施加到所述证件衬底的与所述第一乳浊层不同的一侧的步骤，所述第二乳浊层部分地或完全地覆盖所述光学装置，使得所述光学装置位于所述安全证件的半窗口中。
29.根据权利要求23至28中任一项所述的方法，包括以下步骤：在所述证件衬底的与所述光学装置的位置不同的区中提供偏振器，使得能借助所述偏振器通过对所述证件衬底进行扭转、折叠或其他操纵来观察所述光学装置。
30.一种光学装置，所述光学装置优选地为安全装置，所述光学装置包括：浮雕结构，所述浮雕结构在衬底、优选地透明衬底的基本上平坦的第一表面上形成，所述浮雕结构具有第一对准方向并且包括多个浮雕结构元件；以及液晶聚合物(LCP)层，所述液晶聚合物层被施加到所述浮雕结构，使得所述LCP层与所述浮雕结构对准，其中所述LCP层在所述衬底的所述基本上平坦的第一表面上方至少包括：具有第一高度和第一厚度的一个或多个第一LCP区以及具有第二高度和第二厚度的一个或多个第二LCP区域，其中所述第二高度不同于所述第一高度，并且其中所述第二厚度不同于所述第一厚度。
31.根据权利要求30所述的光学装置，其中所述第一LCP区或每个第一LCP区与第一颜色相关联，并且其中所述第二LCP区或每个第二LCP区与第二颜色相关联，所述第二颜色不同于所述第一颜色。
32.根据权利要求30至31中任一项所述的光学装置，其中所述LCP层还包括具有第三高度的一个或多个第三LCP区，其中所述第三高度不同于所述第一高度和所述第二高度两者。
33.根据权利要求30至32中任一项所述的光学装置，所述光学装置还包括施加到所述LCP层的高折射率(HRI)层。
34.根据权利要求33所述的光学装置，其中所述HRI层延伸超过所述LCP层的边缘。
35.根据权利要求33至34中任一项所述的光学装置，其中所述HRI层包括基本上平坦的面向外的表面。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的光学装置，其中所述HRI层被选择成具有与所述LCP层的寻常折射率相同或基本上相同的折射率。
37.根据权利要求33至35中任一项所述的光学装置，其中所述HRI层被选择成具有与所述LCP层的非寻常折射率相同或基本上相同的折射率。
38.根据权利要求33至35中任一项所述的光学装置，其中所述HRI层被选择成具有在所述LCP层的寻常折射率与非寻常折射率之间的折射率。
39.根据权利要求33至35中任一项所述的光学装置，其中所述HRI层被选择成具有显著大于所述LCP层的最大折射率的折射率。
40.根据权利要求30至39中任一项所述的光学装置，其中所述衬底包括对应于所述浮雕结构的压花层。
41.根据权利要求40所述的光学装置，其中所述压花层包括可辐射固化油墨。
42.根据权利要求30至41中任一项所述的光学装置，其中所述液晶聚合物层使用优选地选自凹版印刷、凹雕印刷、胶版印刷、丝网印刷或喷墨印刷的印刷过程来施加。
43.根据权利要求30至42中任一项所述的光学装置，其中所述浮雕结构对应于优选地至少相对于可见波长的光的非衍射光栅。
44.根据权利要求30至42中任一项所述的光学装置，其中所述浮雕结构对应于优选地至少相对于可见波长的光的衍射光栅。
45.根据权利要求30至44中任一项所述的光学装置，其中每个浮雕结构元件纵向延伸并且被布置成平行于每个其他浮雕结构。
46.根据权利要求30至35中任一项所述的光学装置，其中所述衬底是透明的并且包括位于所述衬底的与所述LCP层相反的第二表面上的第一线性偏振器。
47.根据权利要求46所述的光学装置，其中所述第一线性偏振器具有相对于所述第一对准方向对准成处于基本上45度的偏振方向。
48.根据权利要求30至47中任一项所述的光学装置，其中所述LCP层包括一个或多个结构化区，其中所述结构化区或每个结构化区包括在所述LCP层的面向外的表面上形成的光栅轮廓。
49.根据权利要求48所述的光学装置，其中整个所述LCP层对应于所述结构化区。
50.根据权利要求48所述的光学装置，其中所述浮雕结构包括一个或多个非浮雕区，并且其中所述结构化区被定位成与所述一个或多个非浮雕区重叠或所述一个或多个非浮雕区中的每一个重叠。
51.根据权利要求48至50中任一项所述的光学装置，其中所述光栅轮廓被配置来提供衍射效果。
52.一种安全证件，所述安全证件优选地为钞票，所述安全证件包括证件衬底，所述证件衬底在所述证件衬底的区中包括根据权利要求29至51中任一项所述的光学装置。
53.根据权利要求52所述的安全证件，其中所述光学装置的衬底不同于所述证件衬底，并且其中所述光学装置与所述证件衬底分开形成并随后附接到所述证件衬底。
54.根据权利要求52所述的安全证件，其中所述光学装置的所述衬底与所述证件衬底相同。
55.根据权利要求52至54中任一项所述的安全证件，所述安全证件包括施加到所述证件衬底的一侧的第一乳浊层，所述第一乳浊层包括窗口区，使得所述光学装置位于所述窗口区中。
56.根据权利要求55所述的安全证件，所述安全证件包括施加到所述证件衬底的与所述第一乳浊层不同的一侧的第二乳浊层，所述第二乳浊层包括窗口区，使得所述光学装置位于该窗口区中，从而使得所述光学装置位于所述安全证件的窗口中。
57.根据权利要求55所述的安全证件，所述安全证件包括施加到所述证件衬底的与所述第一乳浊层不同的一侧的第二乳浊层，所述第二乳浊层部分地或完全地覆盖所述光学装置，使得所述光学装置位于所述安全证件的半窗口中。
58.根据权利要求52至56中任一项所述的安全证件，所述安全证件包括偏振器，所述偏振器在所述证件衬底的与所述光学装置的位置不同的区中形成，使得能借助所述偏振器通过对所述证件衬底进行扭转、折叠或其他操纵来观察所述光学装置。
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