CN108369760B - 用于文件安全的具有多个潜像的光学元件及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于文件安全的光学元件的制造方法，该光学元件具有多个图像，所述多个图像可以根据观察所述元件的方式来查看。该方法包括以下步骤：在第一约束结构的内表面中定义不同的区域；对于所定义的区域诱导不同的排列方向；定义第二排列结构，其中第二排列结构是具有多个图案的偏振装置；将液晶置于第一约束结构和第二排列结构之间；以及使液晶聚合形成片材。图像可以通过偏振光源或偏振片可见。

Description

用于文件安全的具有多个潜像的光学元件及制造方法
技术领域
本发明适用于文件安全领域，更具体地说，涉及由促进识别原始文件的光学器件提供的安全特征，例如，通过利用液晶的特性和光的偏振而包括具有灰度或彩色的多个潜像的片材来促进该识别。
背景技术
目前，正在开发基于可变虹彩和非虹彩光学器件的新型安全技术。诸如各向异性、光学双折射、或液晶自身的相变的液晶特性对于安全特征目的尤其有用。当这些特性被充分处理时，可以产生利用肉眼或通过使用简单的光学元件易于验证的多个不同的光学效果。
现有技术公开了用于文件安全和认证的多个不同解决方案。其中一些解决方案使用具有多个取向的偏振器(所述偏振器被划分为多个区域)，而另一些解决方案使用用相同图案排列的液晶。根据元件的观察模式，这些器件能够显示一个或多个不同的图像。
图案化的偏振器(从现在起称为“PCP”)包含具有不同偏振轴取向的多个区域。所有这些取向都平行于产生最终能够生成图像的图形或图案的偏振片平面。
可以根据现有技术中的多个文件，以各种方式构造PCP偏振片。例如，米勒(Myhre)等(光学快报(Optics Express)(2010)第18卷，第26期，第27777-27786页)公开了使用光控取向、二色性染料和高分子液晶(PLC)制造PCP线性偏振器。美国专利US6391528B1描述了一种通过将材料沉积在基板上来制造具有金属栅的光学元件的方法。在基板上形成电磁干扰的模式。该模式选择性地加热基板的特定区域。然后，将基板暴露于用于沉积的气相材料。该材料将倾向于根据温度而优先积聚在表面的特定区域中。
国际专利申请WO02/077588-A2描述了具有多个取向的图案线栅偏振器。该器件包括一定数量的细长的平行元件，所述元件的尺寸足以与可见光相互作用。这些细长元件的取向在该器件的区域之间变化。对元件的尺寸和间隔进行选择，使得透射光的一种偏振，而反射另一种偏振。
专利US 20040057113 A1描述了一种包括所谓的“零阶微结构”的安全器件，所述“零阶微结构”对特定光方向的反射有很强的选择性，而同时在透射光束和反射光束两者上均产生强的偏振效应。
专利EP 1 486 803 A2描述了如何制造具有衍射特性和偏振特性两者的表面浮凸结构，其特征从一个区域到另一个区域变化。所得到的器件基于周期显著小于光栅上入射光波长的结构的双折射。当在偏振光下的反射和透射中观察时，该器件产生不同的图像。专利US 2014042738 A1描述了一种类似的结构，其包括产生非常类似效果的金属层。
专利US 20080280107A1描述了各全息结构(各向异性聚合物层)如何能够选择性地反射偏振光以及它们如何能够在多个方向上排列液晶。该专利还描述了如何设计结构以改变液晶片的厚度。当与偏振器一起构建该器件时，可以在通过圆形或线性偏振器检查时产生可见的潜像。
所有这些PCP偏振器的共有特征是，只有在偏振光下观察它们时，图像可见，但在透射模式或反射模式下，将只能看到一个图形或图像及其负像。当在自然光下观察器件时，主图像及其互补图像的可视程度将取决于入射光的偏振平面的取向、或者取决于分析仪(没有嵌入图案的偏振器)的偏振平面的取向。
存在一些现有技术允许在透射模式下照射单个器件时，在所述单个器件两侧看到不同的图像。例如，ES2337010 A1、EP2508358 A1和US2012/0300156示出了应用在文件安全中的用聚合液晶制成的简单的透射片材。当用偏振光照射聚合液晶片时，所述聚合液晶片在每一侧显示一个或多个图像，而当用自然光照射所述聚合液晶片时，所述聚合液晶片看起来像不具有任何图像的完全清楚透明的彩色片材。利用二色性染料(其遵循液晶分子的取向)掺杂可聚合液晶单体，产生图像。通过在聚合工序期间选择性排列掺杂有二色性染料的液晶来产生出现在膜的相对表面上的两个独立图案。图像可以是黑白(B/N)图像、单色图像或多色图像，包括灰度和高分辨率图像。
专利WO 98/52077通过在两个有图案的液晶延迟层之间包括均匀取向的线性偏振器而获得类似的效果。专利WO 98/52077提出了基于光取向聚合物网络(PPN)层的器件，所述光取向聚合物网络层沉积在基板上并且选择性地在表面的不同位置变化的多个方向上取向。同时，通过由聚合液晶制成的其它层覆盖PPN层。该第二层是光学各向异性的并且是双折射的，并且其用作光学延迟器。延迟层的液晶自发地遵循由PPN层决定的选择性取向，这允许通过相位延迟来获得图像。借助偏振器可以看到图像。虽然其呈现出需要三层的复杂结构，但其中两层是由聚合液晶构成的线性延迟器，而第三层是线性偏振器。
国际申请WO 2007/137334 A1提出了可以潜在地显示独立图像的类似结构。选择性取向的多层液晶延迟片被使用。然而，它与WO 98/52077相比较不关注PPN层，而是强调聚合液晶的交联组分的化学组成。
在液晶排列方面，现有技术也提供了多种技术，但是它们使用需要高精度和指令的复杂技术。
发明内容
本发明基于先前提及的现有技术中的技术的组合。其通过公开一种具有包含至少两个不同图像(及其互补负像)的多个取向图案的偏光片的制造方法来呈现光学元件的发展。所显示的图像取决于入射光的偏振方向；所显示的图像也取决于它在透射模式或反射模式下工作的事实；并且所显示的图像取决于器件的朝向偏振器或偏振光源的一侧。在一个单一聚合液晶片中获得灰度和彩色图像，无需掺杂二色性染料。
本发明的一个第一方面涉及一种用于制造用于文件安全的具有多个潜像的光学元件的方法。该方法包括以下步骤：
a)在第一约束结构的内表面中定义不同的区域；
b)在步骤a)中定义的区域中诱导不同的排列方向；
c)定义第二排列结构，其中该第二排列结构是多图案偏振器；
d)将液晶置于第一约束结构和第二排列结构之间；
e)聚合液晶形成片材。
第二排列结构的偏振器可以通过自身排列液晶。替选地，本发明的一个实施方式设想在第二排列结构的内表面中定义不同的区域，以在定义的不同区域中诱导不同的排列方向。可选地，根据本发明的一个实施方式，可以设置所诱导的排列方向，以在具有多个图案的偏振器的内表面上产生单向共同排列，以排列置于各结构之间的所述液晶。
可选地，根据本发明的一个实施方式，所诱导的排列方向包括在具有多个图案的偏振器的内表面上的多个选择性排列方向，以排列置于各结构之间的所述液晶。
一旦液晶被聚合形成片材，在本发明的一个实施方式中设想，从所述第一约束结构将所述片材与所述偏振器一起取出。
在本发明的一个实施方式中设想，第一约束结构还包括一个具有多个图案的偏振器。
通过以下技术中的一种技术选择性地完成约束结构的一个或两个内表面中的不同区域的定义：纳米印刷、激光选择性烧蚀、光刻、掩模、物理屏障、选择性沉积、热蒸发、喷墨或其组合。
根据本发明的一个实施方式，就所诱导的排列方向而言，所诱导的排列方向平行于约束结构平面。使用以下技术中的至少一种技术，所诱导的排列方向遵循每个约束结构中的独立的图案：排列层的机械摩擦、排列材料的倾斜沉积、光敏材料的光控取向、能够排列液晶的微米或亚微米结构的创建、在所述约束结构上产生的叉指电极的使用或其组合。
在本发明的一个实施方式中设想，片材的至少两个区域中的排列方向相对于彼此是非线性的。
在本发明的一个实施方式中设想，所诱导的排列方向中的至少两个方向相对于彼此正交。
在本发明的一个实施方式中设想，确定所诱导的排列方向之间的相对角度，以在潜像中产生不同的灰度级。
此外，可以将RGB颜色矩阵添加到潜像。再者，设想可以设置颜色矩阵，使得片材中的定义区域与RGB矩阵像素相匹配。可以将RGB矩阵设置在聚合片材的外侧或偏振器的外侧上。也可以将RGB矩阵设置在覆盖光学元件的聚合保护片的内侧上。
存在涉及用于文件安全目的的具有多个潜像的光学元件的本发明的第二方面，所述光学元件包括与扭曲结构和均匀结构结合的聚合液晶片，以及具有在至少一个可移除的约束结构中预定义的多个区域的多图案偏振器。这些预定义的区域根据排列图案保持取向。这些取向在所述元件的至少一侧上具有小于或等于90°角度的差异，以形成在用偏振光照射时可见的潜像。
此外，所述聚合液晶片可以包括有助于保护光学元件的覆盖聚合保护膜。
根据本发明的一个实施方式，排列方向可以具有0°、45°、90°和135°的相对取向，以生成两个彼此没有干扰的单色图像。
约束结构已经被处理以产生具有多个区域和在液晶片中定义的取向的图案。在本发明的一个实施方式中设想，这些约束结构是可重复使用的。因此，有利的是，一旦聚合液晶片和偏振器被取出，就可以再次使用约束结构来产生具有相同图案的另一片材。
另外，根据本发明的一个实施方式的本发明的光学元件可以包括设置在聚合液晶片和聚合保护膜之间或者在偏振器和聚合保护膜之间的RGB阵列。
可选地，在本发明的一个实施方式中，设想使用与偏振器的偏振轴相关的镜像以产生具有灰度的重叠图像。
附图说明
为了补充正在进行的描述以及为了帮助更好地理解本发明的特征的目的，附上一组附图作为所述描述的组成部分，其中，以说明性的和非限制性的方式描述以下内容：
图1示出了具有对于第一结构(组B)和第二结构(组A和组C)任一者的各种排列取向的光学元件的中心区域的结构。
图2示出了在透射和反射任一者中的本发明的一个实施方式，其中偏振片是反射性的。
图3示出了图2的相同实施方式，但是是相反侧的透射和反射的结果。
图4示出了包括两个偏振片的本发明的一个实施方式。
具体实施方式
本发明涉及用于文件安全目的的光学元件，所述光学元件在每一侧上包含一个或多个潜像。只有在透射模式中在线性偏振光(通常称为偏振光)下观察时图像是可见的，或者如果通过使用分析仪在自然光下观察该元件时图像是可见的。
所述元件或器件由聚合液晶片(PLC，也称为反应性液晶原)与至少一个偏振器结合制成，所述偏振器刻有具有不同方位角取向的区域的图形或图案且在本文中称为具有多个图案的偏振器或PCP。当反射光的一种偏振和透射垂直偏振时，该偏振器可以具有反射性质；或者当通过吸收而消除光的一种偏振和允许垂直偏振穿过时，该偏振器可以具有吸收性质。
通过创建两个元件，以不同取向划分区域或像素的PLC片和PCP偏振器，可以生成任意复杂度的图像。唯一的要求是严格限制PCP偏振器和PLC片之间的排列。
器件的工作原理是基于构成它的两个元件的两个基本物理特性。PCP偏振器在具有不同长轴的区域中产生偏振入射光的选择性衰减。衰减可以变成完全的(取决于偏振器的质量)或变为零(具有菲涅耳(Fresnel)的电介质反射损失)。另一方面，PLC片的主要功能是改变光的偏振状态：在其最简单的操作中，当线性偏振光通过PLC片时，来自光源(或来自PCP偏振器)的线性偏振光使偏振平面或多或少地旋转。但是，偏振被保持为线性的并且不发生光束衰减。
有两种能够使线性入射光的偏振平面旋转但维持光束线性偏振的基本的液晶结构：可变螺旋扭曲结构和具有半波(LMO)的光学延迟的均匀结构(平行于约束板)。两种结构都可以使用可聚合液晶产生，以制造PLC片。两种结构都具有固有的灰度，并且在稍后将公开的特定构造下都允许生成颜色，而不需要滤光片。
取决于进行检查的侧，这种器件显示不同的图像：
-如果入射光射到PCP偏振器所设置的一侧，根据马卢定律，所述入射光将取决于入射光的偏振平面与每个区域中偏振器的长轴之间的角度而或多或少地透射。穿过偏振器的光线没有衰减地传输穿过PLC片。人的肉眼不能够区分偏振，因此观察到的图像基本上是由PCP偏振器产生的图像。
-如果入射光射到PLC片所设置的一侧，则所述入射光将没有衰减地传输并且保持偏振的线性状态。然而，取决于每个区域中存在的扭曲结构或LMO结构，光的出射偏振可以相对于入射光扭曲。根据马卢定律，取决于入射光的偏振平面与每个区域中偏振器的长轴之间的角度，来自PLC的相对于入射光改变的出射光穿过PCP偏振器，并且所述出射光或多或少地衰减。在这种情况下，观察到的图像是由PLC片和PCP偏振器的共同作用产生的。
该器件的设计设想了PCP偏振器中的偏振图案的取向和PLC片的方位扭曲角(或其情况下的LMO取向)的任何可能的组合。因此，从两侧观察到的图像是完全独立的。
透射光强度的最大变化将基本上取决于所使用的偏振器的质量。如果入射光只是部分偏振，则将会有部分光消失。同样地，如果PCP偏振器不理想，也将会有部分光消失。在这两种情况下都会获得低对比度的图像。
本发明包括叠置到PLC聚合液晶片上的PCP偏振器元件，所述PLC聚合液晶片具有扭曲结构或LMO结构，所述扭曲结构或LMO结构可以以或多或少的方式旋转光的偏振状态。因此，组装的光学元件可以在每一侧上显示多个潜像，并且可以利用通过偏振光和偏振器元件之间的任意角度(正的和负的角度)而实现的任意相对透射的优点。例如，当入射偏振取向为0°或90°时，具有在45°和-45°处排列的区域的图像显示唯一的灰度级，而当入射偏振为-45°或+45°时，其呈现像素之间的最大差异(对比度)。
更具体而言，在本发明的一个实施方式中，PLC片用作借助扭曲结构扭曲特定区域中的光偏振的选择性偏振旋转器。在这种情况下，在液晶分子中诱导具有可变平面方向的均匀排列(平行于表面)。之后液晶被聚合以设定取向。将获得的PLC片划分成多个区域或像素，所述多个区域或像素的特征在于两侧中的方位角排列方向的特定变化。其产生具有在-90°到90°(或者在超扭曲结构中有更大的角度)之间的可变螺旋扭曲结构的片材。这些结构在螺旋扭曲之后以更多或更少的方式旋转光的偏振。该结构可以不需要外部滤光片就体现灰度和假彩色，或者通过采用RGB滤光片的外部矩阵而体现真彩色。
本发明的一个替选实施方式设想PLC片用作半波延迟片(LMO)。在这种情况下，在液晶分子中诱导具有可变平面方向的均匀排列(平行于表面)。之后液晶被聚合以设定取向。将获得的PLC片划分成多个区域或像素，所述多个区域或像素的特征在于两侧中的方位角排列方向的特定变化。其生成具有均匀结构的片材，所述均匀结构包括在-90°和90°之间变化的取向。所得到的片材具有多个在不同方向取向的都为LMO的区域。根据LMO取向和入射光偏振之间存在的角度，PLC片的每个区域将在-90°和90°之间以更多或更少的方式旋转偏振，这产生灰度。此外，利用不同光谱区域的可变延迟，这些结构可以不需要外部滤光片就生成假彩色，或者通过使用RGB滤光片的外部矩阵生成真彩色。
本发明的制造方法使用约束结构来诱导对可聚合液晶的排列图案。这些约束结构可以是最终组装的器件的一部分，并且这些约束结构可以包含偏振元件，或者这些约束结构可以被移除并且甚至可以被重新用于产生其它片材。当从各侧用偏振光照射所得到的器件或者通过分析仪观察所得到的器件时，所得到的器件显示两个或更多个潜像。与标准液晶显示器的生产相比，本发明的制造方法直接从可聚合液晶开始。此外，在本发明中，用约束板替代了通常所采用的玻璃基板。每个约束板在内表面上印有具有不同取向的排列图案。在约束板的平面内有排列变化，所述约束板也可以包括偏振元件。约束板可以是最终结构的一部分。
另一方面，扭曲的PLC片或雕刻的LMO片在以下各个步骤中实现，其可以被概括为：第一，将液晶置于两个约束板之间，并且所述液晶将通过具有期望图案的约束板进行取向；第二，对液晶进行聚合以确保扭曲或LMO取向的图案是永久性的；第三且可选地，一旦液晶已经聚合，就从夹层中取出聚合液晶片，所述聚合液晶片是已经包含排列图案和潜像的薄片。优选地，自片材制造工序的早期阶段起，PCP偏振器将会是片材制造工序的一部分；如果不是，则将在后期阶段将扭曲结构或LMO结构与PCP偏振器进行结合。
从制造工序获得的最终结果是光学元件，其在于薄器件，所述薄器件包含通过采用偏振光源、部分偏振光或偏振器而可见的一组图像。由于PLC片完全是柔性的，因此该器件可以像约束板所允许的一样是柔性的。可将所述片材插入文件中，利用其对每种应用的适当覆盖来保证所述文件的可靠性。
该器件在自然光下在透射中看起来均匀，但其可以根据偏振元件的结构来在反射中显示潜像。当用部分偏振光照射该器件时，出现一组图像；该组图像由器件的面向入射光的一侧决定。通过例如稍微旋转片材，出现第二组图像。通过用部分偏振光从另一侧照射器件可以看到其它组图像。如果两侧的约束板的排列图案对入射光产生偏振变化，则外观将取决于朝向偏振光源或偏振器的一侧。
在本发明的一个实施方式中，偏振器可以被制成为全息元件，该全息元件在特定区域中被选择性地金属化和去金属化，以产生偏振效应。也可以在其它区域对其进行金属化，以产生包含完全透明区域、完全不透明区域和具有更高或更低透射率的部分透明区域的最终器件。
设想本发明的一个实施方式可以集成在具有不透明(反射)区域的器件中，该不透明区域可以作为一种框架设置在光学元件周围。
关于液晶的取向，可以通过调节用于形成PLC片的约束板的内表面预先确定液晶的取向。通过两种不同的方式实现液晶在约束板的平面上的取向：
-通过使用通常用于液晶器件制造的排列技术，但根据期望的排列图案定义不同区域(摩擦、光控取向、微米槽等)。在标准液晶屏制造中，将约束板调节为在整个表面上获得相同的液晶取向或重复的图案；另一方面，这些器件在每个表面上生成各种取向以创建一个静态图像。
-通过采用在约束板的平面内改变取向的叉指电极。在这种情况下，在制造工序中需要高电压，但在器件的正常使用期间不需要高电压。电极由光刻技术、微机械技术、微米金属印刷或激光烧蚀制造，以创建图形。之后，液晶层(所述液晶层的取向是通过向电极施加电压来控制的)被沉积，以便通过共面转换(IPS)而重新取向。通过这种方式获得了显示由电极确定的图形的多个排列图案。一旦排列被设置，液晶就会“原位”聚合，以产生外观由电极图案决定的薄且柔性的片材。一旦液晶被聚合，就可以去除电压，因为材料保持了由电极的电压分布所定义的取向。
为了产生图像，根据在两个表面中的每个表面上定义的区域中的排列图案，约束板接收多个表面处理。根据本发明的不同实施方式，区域彼此分开并且使用不同的工艺：掩模、光刻、物理屏障、选择性沉积、热蒸发、喷墨或在微电子制造中常用的任何其它工艺。这些处理促进了液晶的均匀结构(也称为“平面结构”或“平行于约束板”)，但是液晶具有不同的取向，这决定了在用偏振光照射时最终出现的清晰的区域或黑暗的区域。当PLC片与PCP偏振器或与偏振光或分析仪结合使用时，这在得到的PLC片的每一侧中生成多个图像。
如果光入射到元件的PCP偏振器侧，则偏振器根据其长轴的取向自动产生灰度。如果光入射到PLC片上，则排列方向的变化允许定义灰度乃至彩色图像：
-例如，可以通过使液晶与入射侧的光的偏振平面平行取向，获得扭曲结构中的灰度。另一侧的出射取向是可变的，相对于决定材料内部旋转和螺旋节距的入射取向形成-90°和90°之间的角度(也可以通过向液晶中加入手性掺杂剂而使用超过+/-90°的超扭曲结构)。这控制了出射偏振的取向，这也决定了透过PCP偏振器的光的强度。
-如果入射处的液晶取向相对于光的偏振平面倾斜，则其产生以不同速度传播的电磁场的正交分量。这产生了相位延迟，该相位延迟导致在出射偏振器中部分透射的椭圆偏振状态。这在液晶屏中是不希望出现的现象，但是其对于本发明是有用的，因为光谱中的一些区域比另一些区域更好地传播，并且可以在所得到的图像中生成颜色。这些颜色可用于创建假彩色图像，如热像仪图像。
-另一种在与PLC片相配的扭转结构中产生假彩色的方法，需要基于莫甘(Mauguin)条件的螺旋节距，以确保光偏振以液晶螺旋方向旋转，换言之，螺旋节距必须显著大于光的波长。当结构接近极限时，传播的光停止为线性的并且变成椭圆形，从而允许在出射偏振器中的部分透射。与前面的情况一样，这在液晶屏中是不希望出现的现象，但是其对于本发明是有用的，因为光谱中的一些区域比另一些区域更好地传播，并且可以在所得到的图像中生成颜色。这些颜色可用于创建假彩色图像，如热像仪图像。
-通过控制入射光的偏振平面与液晶的分子取向之间的相对取向，可以获得LMO结构中的灰度。只有在取向为±45°角的情况下，LMO才会引起线性偏振光的90°旋转。任何其它更大或更小的角度产生以小角度旋转的线性偏振。这控制了出射偏振的取向，该取向也决定了透过PCP偏振器的光的强度。
-被设计成半波延迟片的像PLC片一样的双折射片材，它只能在确定的波长处引入精确的半波相位延迟(π弧度)。短波长具有更大的延迟，而长波长具有更小的延迟。结果，这些波的偏振停止为线性并在所得到的图像中创建颜色。这些颜色可用于创建假彩色图像，如热像仪图像。可以部分地通过改变结构的厚度或其双折射率来选择颜色范围。
-当LMO不是一阶时，颜色效果增强，以致它不会引入半波相位延迟，而是引入整数倍的正半波长。
最后，液晶聚合使得可以从约束板中取出液晶片，并且该液晶片可以通过其自身或者与具有已经被定义的潜像的PCP偏振器层组合而用于多种应用。因此，约束板可选地可以是最终结构的一部分，例如，以改进其刚度或器件耐久性。约束板也可以被移除以实现更薄和更轻，并且完全是柔性的器件。
图1示出了根据本发明的一个实施方式的光学元件的中心区域结构。它包含PCP偏振片3a、排列层3b、液晶层4和第二排列层5。3a和3b可以是具有双重功能(偏振和排列)的仅一个层。排列层3b和排列层5可以是或者不是最终器件的一部分。
在该图的每个组A、B和C中，在上述的一个或多个层3a、3b和5中，已经将器件划分成具有不同取向的四个部分。组A和组B示出了在x，y平面中的PCP偏振层3a的各种取向(使用0°、90°、45°和-45°作为示例，但在本发明的其它实施方式中取向可以不同)。组B示出了第一排列层3b在x，y平面中的的多个取向(使用0°、90°、45°和-45°作为示例，但在本发明的其它实施方式中取向可以不同)。组A和组C示出了第二排列层5在x，y平面中的多个取向(使用0°、90°、45°和-45°作为示例，但在本发明的其它实施方式中取向可以不同)。
在每组图像中，图的左侧部分上的草图1a、1b、1c和1d以及右侧的草图2a、2b、2c和2d示出了当用分别沿正Z和负Z方向传播的偏振光照射时的透射图案，产生四个可能的光取向(使用0°、90°、45°和-45°作为示例，但在本发明的其它实施方式中取向可以不同)。
如在图1中可以观察到的，当光沿相反方向传播时获得的图像完全不同。为了简单起见，图中的示例示出了四个取向，但是可以在每一侧定义任意数量的取向，从而获得相对于彼此独立的高分辨率和高质量的图像。
图中的组B示出了根据本发明的一个实施方式的一种实现方式，其中，PCP偏振片由使用液晶矩阵排列的彩色染料制成，或者可以由选择性的金属化或微米或纳米槽制成，其选择性地吸收和反射线性偏振的两个正交分量。直接接触(任何类型的)偏振片的液晶分子通常平行或垂直于由PCP透射的偏振方向排列。
图2和图3示出了当使用PCP反射式偏振片时用于透射和反射的光学元件实施方式的示例。图2和图3所得到的图像是不同的，因为光线从相反侧入射，并且如前所述图形完全独立。
反射偏振器对光的一种偏振进行透射并且反射正交的偏振。这两种偏振通常是线性状态，但它们也可以是圆形或椭圆形的。图像对比度基本上由透射光和反射光的偏振水平决定。
该示例中的排列层结构与图1B中的排列层结构相同；不同元件的附图标记也与图1中相同。当从正Z方向观察样本时以反射模式呈现的图像，与从负Z方向观察该样本时以透射模式呈现的图像的相同，反之亦然。
图4对应于本发明的一个实施方式，其通过使用两个偏振片而用作光学元件实现方式的描述性示例。直接接触偏振片的液晶分子通常平行于或垂直于透射的偏振方向排列。在液晶扭曲结构中，透射过靠近光源的偏振器的光也透射过靠近观察者的偏振器。因此，根据所观察的侧，将出现两个独立的图像。排列方向和透射偏振之间的关系在两个排列表面中匹配是重要的。
元件的附图标记保持与其它附图相同，但重要的是强调，在排列层5的情况下，其具有作为排列层5b和作为偏光片5a的双重目的。
根据上述全部，本发明与现有技术相比，示出了有利的特性和技术特征。原则上，将PCP偏振器与具有多个取向区域的扭曲片或LMO组合以产生用于文件安全应用的光学元件，并且其不需要二色性染料以包括多个潜像。这两个主要元件的结合引入了一些创新，这允许将这种效果转化为应用于文件安全的有用产品。例如：
-由共同实现偏振光的PCP偏振器和PLC片制成的器件的产生在透射模式下显示两个不相关的图像；
-可以通过使用独立的约束板产生具有定义图像的PLC片，所述PLC片之后与PCP偏振器相结合。替选地，片材可以直接与PCP偏振器接触而产生，使得偏振器图案用作排列层。
-还可以通过将PLC置于具有使用任何前述技术预定义的排列图案的两个约束基板之间来获得PLC片。任一约束结构或两个约束结构都可以包括PCP偏振器。
-通过使用替选的方法，允许创建复杂图像的灰度生成：
●为了获得黑白图像，如前所述，在偏振片上和PLC约束板的选定区域上促进产生两个正交排列。
●如果需要灰度，则在PLC约束板的偏振片平面的不同区域中促进产生多个取向。可以通过连续的或离散的非线性排列生成这些区域：
○连续的：通过从-180°到180°不断改变空间排列。排列的连续变化的示例是，在一个表面上的圆形摩擦，所述圆形摩擦相对于摩擦中心产生切向排列。
○离散的：通过采用有限数量的排列方向。例如，可以通过使用相对于偏振器的偏振轴倾斜0°、45°和90°的排列，生成具有三个灰度级的简单图像。不同的排列角度的数量越多，获得越不同的灰度级。另一个示例是通过使用相对于偏振轴的镜像排列的灰度叠加图像。这样就可以在每一侧中实现两个图像。可以通过采用四分之一波长延迟片或圆偏振器改进图像的对比度。
-通过使用取决于结构的两种不同的方法，就像热像仪一样产生假彩色。替选地，可以通过将RGB滤光片阵列叠加到器件上而获得真彩色图像。
工业应用
本发明直接作为文件的安全元件而应用于钞票防伪，或证件、信用卡、银行支票、包装或任何其内在价值使其鉴定为可取的其它元件的验证。通过在偏振光下观察创建的清晰区域的图案和黑暗区域的图案，可以在透射模式下进行验证。该图案取决于每个点中的液晶取向以及PCP偏振器的偏振轴的取向。这些器件显示至少两个图像，每侧一个图像。它们可以是高分辨率图像，并且包括灰度和假内在彩色(或通过使用RGB滤光片外部矩阵而包括真彩色)。
通过用偏振光照射器件来观察效果，该偏振光可以是来自液晶平面屏幕的出射光，所述液晶平面屏幕如智能手机屏幕、平板电脑屏幕或计算机屏幕。替选地，可以插入偏振器。通过这种方式，可以将安全措施视为1、5级别，因为它需要验证附加要素，但该附加要素通常都会被使用。然而，它也可以被认为是1级措施，因为它不是严格必须使用偏振器才能看到效果：只是使用轻微偏振光，如来自地面或桌面的出射齐平反射光。例如，这有利于作为标签和钞票中的安全元件的大规模实施。

Claims (12)

1.一种制造用于文件安全目的的包括多个潜像的光学元件的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)在第一约束结构的内表面上定义多个区域；
b)在步骤a)中定义的所述多个区域中诱导不同的排列方向；
c)定义第二排列结构，其中，所述第二排列结构是具有多个图案的偏振器，所述偏振器通过自身排列液晶，所述偏振器在特定区域中被选择性地金属化和去金属化；并且，在所述第二排列结构的内表面上定义至少两个不同的区域，以及在所定义的不同的区域上诱导不同的排列方向；
d)将液晶置于所述第一约束结构和所述第二排列结构之间；
e)聚合所述液晶形成片材。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所诱导的排列方向在多图案偏振器的内表面上生成单向共同排列，以排列置于所述第一约束结构和所述第二排列结构之间的所述液晶。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一约束结构也包括具有多个图案的偏振器。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，通过以下技术中的一种技术选择性地执行对所述约束结构和所述排列结构中的一个或两个的内表面上的不同区域的定义：
-纳米印刷；
-激光选择性烧蚀；
-光刻；
-掩模；
-物理屏障；
-选择性沉积；
-热蒸发；
-喷墨；
-或其组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使用以下技术中的一种技术，所诱导的排列方向平行于所述约束结构的平面且遵循每个结构的独立图案：
-排列层的机械摩擦；
-排列材料的倾斜沉积；
-光敏材料的光控取向；
-能够排列所述液晶的微米或亚微米结构的创建；
-所述约束结构上产生的叉指电极的使用；
-或其组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述至少两个不同的区域中诱导的排列相对于彼此是非线性的，并且所诱导的排列中的至少两个排列彼此正交，并且所述方法还包括确定所诱导的排列之间的相对角度以在所述潜像中产生不同的灰度级。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括向所述潜像添加RGB颜色矩阵的附加步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，添加RGB颜色矩阵包括设置所述颜色矩阵，使得在所述片材中定义的区域与RGB像素相匹配，将所述RGB颜色矩阵置于PLC聚合片材的外表面上或置于PCP偏振片的外表面上或者置于所述光学元件的聚合保护片的内表面上。
9.一种用于文件安全目的的具有多个潜像的光学元件，所述光学元件包括具有扭曲结构和均匀结构的聚合液晶片，所述聚合液晶片与多图案偏振器相结合，所述多图案偏振器在特定区域中被选择性地金属化和去金属化，所述多图案偏振器具有多个排列区域，使得这些区域根据排列图案保持其取向，其中，所述取向在至少一侧中具有小于或等于90°角度的差异，以形成在用偏振光照射时可见的潜像。
10.根据权利要求9所述的光学元件，还包括覆盖所述聚合液晶片的聚合保护膜。
11.根据权利要求10所述的光学元件，还包括置于所述聚合液晶片和所述聚合保护膜之间或者置于所述偏振器和所述聚合保护膜之间的RGB矩阵。
12.根据权利要求11所述的光学元件，其中，排列方向具有0°、45°、90°和135°的相对取向，以在所述聚合液晶片的每一侧上生成两个不重叠的单色图像。
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