技术摘要：
本发明涉及一种用于用偏振光(18)检测原真性的反射型防伪元件(40)，包括逆反射层(42)和以结构化方式布置在所述逆反射层(42)上的双折射层(44)。
背景技术：
诸如钞票、股票、债券、契据、凭证、支票、高价值入场券等数据载体以及诸如护照 或其它身份证件等面临伪造风险的其它文件通常出于保护目的配有防伪元件，这些防伪元 件允许对有价文件的原真性进行检查，同时还起到防止未经授权的复制的作用。 在许多情况下，为达到此目的，利用了液晶材料的特殊性质，并特别重视与视角相 关的颜色印象以及液晶层的特殊光偏振性质。 具有液晶的反射型防伪元件可分为至少两组。第一组防伪元件包括反射器，该反 射器仅以定向方式反射圆偏振光，并且是在胆甾醇型液晶的基础上形成的。第一组的防伪 元件通常还能被从较远的距离感测到，因为被防伪元件反射的光的来源是不相关的。 第二组防伪元件包括不只反射圆偏振光的反射器。例如，在向列液晶的基础上，在 不具有消偏振效应的金属反射器上方布置光学各向异性层。为了检查原真性，使用偏振滤 光器，该偏振滤光器通常必须直接布置在防伪元件上，因为落在防伪元件上的光必须已经 以偏振形式存在，以确保反射光也是偏振的，并且可用偏振滤光器感测到，该偏振滤光器由 此用作分析器。尤其需要直接布置偏振滤光器，以最大限度地减少非偏振的假光。 在许多应用情况下，包含在第一组的防伪元件中的胆甾型反射器是不符合要求 的，因为这种反射器仅在有限的波长区域内反射，并且至多仅反射该波长区域中的一半入 射光。此外，必须通过吸收性背景来防止假光。 原则上说，所述的第二个防伪元件组不适于从较大的观察距离检查原真性，因为 在所有情况下，入射光和反射光都必须通过偏振器/分析器。由于存在“入射角等于反射角” 的反射条件，因此只有在防伪元件几乎完全垂直于照射方向和观察方向时或者只有在照射 单元和分析单元相对于防伪元件以完全相同的角度对称布置时，原真性检查才是可能的。 在许多应用情况下，这种要求未能实现或者根本无法实现，因此第二组的这种防伪元件的 使用只能在有限的程度上实现。
技术实现要素：
在这些前提下，本发明的目的是提供一种反射型防伪元件，该反射型防伪元件避 免了现有技术的缺点，并且尤其是还可从较大的观察距离轻松地检查其原真性。 此目的是通过由独立权利要求限定的特征实现的。本发明的改进是从属权利要求 的主题。 本发明提供一种用于用偏振光检查原真性的防伪元件，该防伪元件包括逆反射层 和以结构化方式布置在该逆反射层上的双折射层。 结构化双折射层与逆反射层的结合提供了一个决定性的优点，即，很容易从数米 3 CN 111556813 A 说　明　书 2/10 页 甚至数十米的较大距离询查双折射层的光学各向异性。逆反射层的使用实现了入射光被反 射到光源本身和光源周围的小角度区域上。干扰性的外来光(例如阳光、室内照明、或者在 牌照的情况下的牌照照明)被同时强烈抑制，因为只有极小部分外来光被沿照明灯/观察者 的方向反射。 在防伪元件的一种有利配置中，双折射层构造有图案、字符或编码形式的轮廓。或 者或另外，双折射层可包括具有不同光学效果的两个或更多区域，这些区域以图案、字符或 编码的形式配置。在这两种情况下，在偏振光的原真性检查期间，会产生所需的图像对比 度。在第一种情况下，在有双折射层的区域和没有双折射层的区域之间产生对比度，在第二 种情况下，根据分析器的偏振滤光器的类型和位置，在原真性检查期间，不同效果的区域以 不同的亮度和/或颜色出现。 逆反射层最好包括多反射微棱镜层，该多反射微棱镜层尤其包括深度在10微米和 1毫米之间的压印结构和/或周期长度在10微米和1毫米之间的压印结构。 或者或另外，逆反射层还可包括聚焦的单反射结构，尤其是在背面具有镜面涂层 的球形梯度折射率透镜，该透镜又称为楞勃透镜。楞勃透镜由尽可能无损耗的介电材料球 体组成，该介电材料球体具有取决于位置的介电常数。由于其背面具有镜面涂层，该透镜可 准确地将入射光向其光源的方向反射回去，由此起到逆反射器的作用。球体内的折射率选 择为使得平行入射光线尽可能聚焦在与波前接触点相对的一个点上。为此，该值随着距中 心的距离r而减小，并且基本上遵循以下关系： n(r)＝Sqrt[2-(r/R)2]， 其中Sqrt[ ]表示平方根函数，R表示球体的半径，r表示距球体中心的距离。 在背面上经过镜面涂装的球形梯度折射率透镜尤其具有在20微米和200微米之间 的直径。 防伪元件的双折射层最好包括液晶层，尤其是向列液晶层。双折射层也可由单个 液晶层形成，尤其是向列液晶层。基本上说，双折射层也可由光学各向异性膨胀箔片(例如 PET箔片或PP箔片)形成，由双折射聚碳酸酯箔片形成，由云母形成，或者由带有双折射颜料 的层形成。 所述液晶层优选直接设置在配向层上方，该配向层最好由线性光聚合物、精细结 构层、或通过施加剪切力而配向的层形成。 双折射层最好形成λ/4层。其它对比机制可基于二色性染料或箔片的使用，该二色 性染料或箔片在配向的形式中根据偏振不同程度地吸收光。照射的非偏振光被染料或箔片 有选择性地线性偏振，而其它偏振部分被吸收。利用对应的分析器，可将非偏振光(防伪元 件的背景)与线性偏振光(在具有二向色染料或箔片的区域中)区分开来。 在一种有利的配置中，在非偏振光中，防伪元件至少在以结构化方式布置的双折 射层的区域中表现为无色和/或无结构，使得结构化双折射层与逆反射层一起形成只能借 助于辅助工具读取的隐藏防伪特征。尤其是在非偏振光下，防伪元件可能看起来完全无色 和/或无结构，因此不借助辅助工具就根本无法识别防伪元件的存在。 在一些配置中，防伪元件还可在局部区域中具有全息图或与全息图类似的衍射结 构。该全息图或与全息图类似的衍射结构在此最好通过压印层形成，该压印层同时也代表 用于液晶层的配向的配向层。有利的是，该全息图或与全息图类似的衍射结构设有金属化 4 CN 111556813 A 说　明　书 3/10 页 层或透明的高折射层。 本发明还包括一种具有所述类型的防伪元件的数据载体。该数据载体尤其可以是 牌照或其它号码牌、有价文件(例如钞票、股票、债券、证书、凭单、支票、优质入场券)、或识 别卡(例如信用卡、银行卡、现金卡、授权卡、国民身份证、护照或个性化页面)。 本发明还包括一种用于检查具有偏振特征的防伪元件的原真性的方法，其中所述 防伪元件暴露于来自任何任意曝光方向的偏振光，由该防伪元件反射的光基本上从曝光方 向通过偏振器被可视地捕获或被机器捕获，并且所述偏振特征变得可见或者其外观在偏振 光中的预定变化被认为是防伪元件的原真性标志。在平面型防伪元件的情况下，所述曝光 方向尤其不垂直于防伪元件的面。 在本发明的一个有利的变化形式中，所述偏振特征在非偏振光中甚至是不可识别 的，并且仅在透过偏振器观察时在偏振光中变得可见。 捕获反射光优选是以视觉方式实现的，但是也可通过机器实现，例如通过传感器 实现。可使用相同的偏振器用于曝光辐射的偏振和反射辐射的分析。但是，由于反射光被反 射为一个小逆反射光锥，因此还可使用第二分析偏振器，该分析偏振器布置在距第一偏振 器一个很小的角度距离处。此时，第二偏振器可设计为与第一偏振器不同的偏振类型(或为 圆形而不是线性)和/或不同的偏振方向，以便获得具有尽可能高的对比度的结构化双折射 层的图像。 在下文中，将论述所提出的方案的一些进一步细节和优选配置： 若为双折射层使用向列液晶并布置在逆反射器上方，则在光源附近用偏振光照射 防伪元件之后，可采用透过偏振滤光器观察的方式来检测偏振特征。在一个简单的例子中， 在某些区域中存在的具有各向异性λ/4层(45°取向)的防伪元件被线性偏振光照射(偏振滤 光器位置0°)。入射光被λ/4层转换为圆偏振光。这种光在楞勃透镜的界面(例如在金属层) 被反射。当反射的圆偏振光再次穿过光学各向异性层时，它变为偏振面旋转90°的线性偏振 光。如果用户在0°位置透过分析器(在此示例中为线性偏振滤光器)观察防伪元件，那么该 元件看起来是暗的。但是，没有光学各向异性层的邻接区域看起来很亮。若旋转一个或两个 偏振滤光器，则对比度可能会改变，甚至相反。 所解释的原理例如可用于用偏振手电筒照射防伪标签，或者通过警车的一个或多 个偏振前车灯照射牌照，以及透过偏振滤光器进行相应的观察。另一种简单的检测技术是 在闪光灯前和物镜前使用带有偏振器的照相机。在此，可使用相对于彼此具有可选择的位 置的独立偏振器。这样，即使在实际上非常不利的照明情况下(大量的假光)，也能检测偏振 特征，因为偏振闪光只需在很短的曝光时间内超过假光。 作为一种各向异性层，向列型液晶在可见光和相邻的波长区域(紫外、红外)中都 有相移效应。这也使得能够通过使用不可见光照射来进行检测。例如，在速度监控过程中， 借助于(在适用的情况下)带有波长滤波器的适当的分析器，能够通过红外闪光来检查牌照 的原真性。普通数码相机的传感器对红外光已经足够敏感，可进行这种分析。 基本上说，可通过不同的方式产生向列液晶的偏振特性。为了产生各向异性，需要 对液晶进行配向。为了在防伪元件上的不同位置产生不同的光学条件，可将光学各向异性 层作为图案施加，可按具有不同配向的局部分辨方式施加光学各向异性层，或者可按不同 状态的局部分辨方式固定层材料。例如，所述固定可通过用紫外光照射来实现。 5 CN 111556813 A 说　明　书 4/10 页 所述配向例如可通过将液晶(或包含潜在液晶物质的溶液)印刷到支持配向的基 底上来实现。所述基底可以是具有良好表面质量的PET箔片。如果配向看起来不够一致，那 么可通过机械预处理来改善一致性，例如用天鹅绒或较软的毛毡或适当的布沿所需的优选 方向摩擦。通过使用附加的配向层，可使几乎任何所需的基底适合于配向。适当的配向层例 如是聚酰亚胺，但也可以是聚乙烯醇或阿拉伯胶。一般来说，形成配向层的聚合物在液晶物 质中的溶解度非常低。所述的化学物质优选是机械预结构化的，虽然机械预结构化的一个 缺点是有时难以实现具有局部分辨的不同配向的区域。例如，局部分辨的配向可通过光控 配向来实现。为此，施加一种物质作为配向层，例如使该物质暴露于偏振光(紫外光)而获得 一种支持沿紫外光的偏振的限定方向配向的结构。通过具有不同偏振的掩模曝光和后续曝 光，可产生高分辨率图案。 用于局部分辨的配向的另一种技术是使用压印结构。压印结构的取向导致施加在 其上的液晶的相应取向。由于在原则上说任何方向都是可能的，因此可在后面的防伪元件 中产生灰度图像。但是，在仅选择两个取向时，可获得最佳对比，即，产生黑白对比。 上述措施可在目标基底上或临时载体上实施。在目标基底上，在直接实现构造时， 中间层的粘附是一个很大的挑战。在临时载体上，必须确保可移除性。这可通过使用传统的 分离层或者例如使用不太牢固地粘附到临时载体本身上的紫外光固化漆层来实现。 液晶材料可通过将液晶溶解在适当的溶剂中来施加，例如乙酸丁酯、丙酸丁酯、环 戊酮、THF、MEK、甲苯、及其混合物。这种溶液具有较低粘度，并且可使用传统的印刷方法/涂 布方法来施加，例如柔版印刷、凹版印刷、喷墨、喷嘴喷涂等。在物理干燥后，例如可利用紫 外线或ESH实现配向和交联。使用传统的印刷方法能够毫无问题地印刷最小大约80微米的 线宽。 或者，在没有溶剂的情况下也能行。在此，将液晶混合物熔化，并在熔融状态下进 行印刷。可通过温度控制来使粘度适应所需的印刷方法。丝网印刷和柔性版印刷尤其有利。 在选择的印刷工艺不支持可接受的局部分辨率的情况下，必须使用结构化的配向层，这能 使液晶在涂装区域中具有不同的取向。如果印刷方法支持足够的局部分辨率，那么可直接 印刷所需的图案，此时印刷区域中的一致配向是可接受并且适当的。 成品中的其它层对于光学效果也很重要。铸制箔片通常是光学各向同性的，不会 干扰偏振效应。在整个观察区域(透过反射层/区域的产品表面)中存在光学各向异性层(例 如膨胀箔片)或发生散射(例如通过颜料或填料)的情况下，例如，在附加的光学各向异性层 在进行观察的光波长区域中的色散不是太强时，这对于总体效果是无害的。 逆反射层必须设计为在被偏振光照射时将偏振光反射回来。光的偏振可以改变， 但是不会发生很强的去偏振，并且可能发生的偏振改变在防伪元件的整个区域上应该是大 体一致的。楞勃透镜和微棱镜结构已被证明是特别适合的逆反射层。高逆反射和尽可能小 的偏振扰动是有利的。 防伪元件可在数据载体的整个区域(例如整个牌照)上延伸，但也可在该区域的一 部分上用作条带或贴片。当防伪元件用作转移贴片时(在随后的步骤中从该转移贴片移除 载体箔片)，可冲压出多条同心圆周线以防止不受控制的颤动。此外，还可在贴片中冲压出 更多的线条和图案，这会使得从后续的数据载体上移除它们更加困难，但不会妨碍制造过 程。 6 CN 111556813 A 说　明　书 5/10 页 虽然在钞票领域中基于向列液晶的偏振特征通常具有直接放置在防伪特征上的 偏振滤光器并且因此偏振器和分析器同样地构成(即，不可避免地相同)而且还存在于相同 的位置，但是对于具有逆反射特性的标签和牌照的要求和可能性是不同的。例如，当用于验 证的光源配有线性偏振滤光器时，很可能因光线路径中的双折射层而返回不同的偏振光 (例如椭圆偏振光)，并且必须以最佳对比度进行分析。因此，在一种配置中，偏振器或分析 器可带有附加的双折射层，以在总体上实现最佳对比度。 另一个实施例是为防伪特征引入附加的全区域双折射层，以补偿因技术原因而已 经存在的双折射层。该层可以是适当定向的全区域液晶层，或者例如可以是双折射箔片，例 如膨胀箔片。对于结构不太精细的偏振特征，也可利用这种效应。 若双折射箔片是层压的或用作从中冲压出某些字符、图案、符号等的中间层，则可 用与阳图案、符号或编码相同的方式检测该图案。 另一种可能性是通过适当的后处理来破坏在制造后存在的箔片的双折射。这可通 过短暂的强烈加热(例如利用激光)来实现，也可通过将箔片材料溶解(如果可通过局部应 用溶剂来溶解)，并且(在适用的情况下)进行干燥/再固化来实现，由此在某些区域中存在 双折射膨胀箔片，而在另一些区域中存在类似于铸造箔片的箔片。 附图说明 下面将参照附图说明本发明的更多示例性实施例和优点，为了提高清晰性，附图 不是按比例绘制的。 在附图中： 图1(a)示意性地示出了检查存在于数据载体(例如牌照)上的逆反射型防伪元件 的原真性的基本原理，图1(b)示出了防伪元件在正常照明条件下的无色和无结构外观，图1 (c)示出了防伪元件在分析器中的偏振光下带有文字“OK”的外观； 图2(a)和2(b)示出了本发明的防伪元件的基本结构的两种变化形式； 图3以分解图给出了图2a的防伪元件的工作方式的更详细解释； 图4是第一偏振特征的横截面图； 图5是图4所示的另一个偏振特征的示意图； 图6(a)至6(c)示出了第二偏振特征的三种配置； 图7示出了将图6的偏振特征进一步加工为冲压的结构化贴片； 图8示出了图7的具有逆反射层和贴片的防伪元件；和 图9(a)至9(c)示出了具有图8的防伪元件的牌照，图9(a)中带有盾徽形式的贴片， 图9(b)中具有带多个盾徽形贴片的全区域防伪箔片，图9(c)中具有带盾徽形凹槽的全区域 防伪箔片。