基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜及其制备方法

本发明属于安全防伪，具体涉及一种可切换的光场防伪薄膜其制备方法。

背景技术：

1、近年来，基于微透镜阵列的集成成像技术的应用已经延伸至光学防伪领域，并成为防伪行业研发的热点，微透镜阵列防伪薄膜通过微透镜阵列集成成像防伪技术进行防伪，通过微透镜对单元图像一一对应成像后，能够还原目标物体的三维场景，实现三维立体显示，使其具有防伪特性，应用于安全防伪技术领域。

2、在专利“基于集成成像原理并具有动态立体效果的防伪安全薄膜”(专利号：2013101519849)中提供了一种采用微透镜阵列的防伪安全薄膜，该防伪安全薄膜能够还原目标物体真实的三维场景，实现真实三维立体显示。但其所用微透镜不能够满足切换不同偏振态的光对应不同的像。

3、因此，研究一种能够实现可切换的光场防伪效果的防伪薄膜及其制备方法，既有重要的科研价值，又有很大的应用价值。

技术实现思路

1、为解决基于微透镜阵列防伪薄膜的不可切换的光场防伪问题，采取如下技术方案：

2、一种基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，包括基材层，其特征在于：所述基材层的上表面设置有配向层；所述配向层上设置有液晶微透镜阵列，所述液晶微透镜阵列包含复数个液晶微透镜；所述液晶微透镜会聚某一旋向圆偏振光，发散相反旋向圆偏振光；所述基材层下表面设置有由复数个微结构单元组成的图文微结构层；所述液晶微透镜与所述微结构单元一一对应。

3、在其中一个实施例中，所述液晶微透镜为基于光衍射的液晶菲涅尔透镜，所述液晶微透镜的相位分布满足：其中φ为相位、θ为液晶指向矢的方位角、λ为工作波长、f为液晶微透镜的焦距、r为液晶微透镜的半口径。液晶分子的排布满足公式时，可实现会聚某一旋向圆偏振光，发散相反旋向圆偏振光。

4、在其中一个实施例中，所述液晶微透镜阵列配置为透射型或反射型；所述透射型为向列相液晶微透镜阵列，将透过的光会聚进入人眼，实现透射式防伪效果；所述反射型为胆甾相液晶微透镜阵列，将反射的光会聚进入人眼，实现反射式防伪效果。

5、在其中一个实施例中，液晶微透镜阵列为一组口径d为10μm-100μm的液晶微透镜组成。

6、在其中一个实施例中，液晶微透镜阵列的排列方式为正交排列或蜂窝排列。液晶微透镜在x，y两个方向的周期相同，所述周期大于等于液晶微透镜的口径；排列方式为蜂窝排列时，液晶微透镜在x，y两个方向的排列周期不同。

7、在其中一个实施例中，微结构单元表面到液晶微透镜表面的距离大于液晶微透镜的焦距，且随着微结构单元表面到液晶微透镜表面的距离增加，液晶微透镜阵列所成像的景深逐渐减小。

8、在其中一个实施例中，微结构单元包括凹陷结构和凸起结构，所述微结构单元的大小l，0.9d≤l≤1.1d，所述凹陷结构的宽度为100nm-20μm。

9、在其中一个实施例中，凹陷结构内填充着色材料，着色材料包括油墨。

10、本申请还提供一种基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜的制备方法，包括以下步骤：

11、s1.根据液晶微透镜阵列的参数，通过计算机模拟空间三维坐标系统，并根据物到微透镜成像的转换映射关系，将需要再现的二维或三维防伪信息的坐标信息转换为记录平面上的数据信息；将记录数据信息的文件通过光刻制版或转印技术转移到基材层表面，形成图文微结构层；

12、s2.在基材层上表面均匀设置配向层，用紫外偏振光照射该配向层，配向层上与紫外偏振光偏振方向平行的光敏集团发生光化学反应，配向层上产生各向异性；

13、s3.涂布液晶层，所述配向层诱导液晶分子取向，液晶分子指向矢的方位角满足公式时，完成液晶微透镜的制备，按照规划的液晶微透镜阵列的排列方式进行排列，完成液晶微透镜阵列的制备。

14、本发明的有益效果为：

15、1.本发明通过配向层控制液晶的位置与方向，液晶微透镜通过液晶对光进行相位调制，会聚某一旋向圆偏振光，发散相反旋向圆偏振光。与普通微透镜相比，在特定圆偏振态光线照射下，图案经过液晶微透镜成像到人眼，切换到相反圆偏振态光，则不能成像到人眼，达到可切换的防伪效果。

16、2.本发明中包含了正交排列和蜂窝排列两种排列方法，其中正交排列的液晶微透镜阵列填充系数较小，液晶微透镜之间的间隙较大，有效收光面积为78.8％；蜂窝排列的液晶微透镜阵列的填充系数有所提高，液晶微透镜之间的间隙较小，有效受光面积提高到了90.7％。

技术特征：

1.一种基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，包括基材层，其特征在于：所述基材层的上表面设置有配向层；所述配向层上设置有液晶微透镜阵列，所述液晶微透镜阵列包含复数个液晶微透镜；所述液晶微透镜会聚某一旋向圆偏振光，发散相反旋向圆偏振光；所述基材层下表面设置有由复数个微结构单元组成的图文微结构层；所述液晶微透镜与所述微结构单元一一对应。

2.根据权利要求1所述的基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，其特征在于：所述液晶微透镜为基于光衍射的液晶菲涅尔透镜，所述液晶微透镜的相位分布满足：其中φ为相位、θ为液晶指向矢的方位角、λ为工作波长、f为液晶微透镜的焦距、r为液晶微透镜的半口径。

3.根据权利要求2所述的基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，其特征在于：所述液晶微透镜阵列配置为透射型或反射型；所述透射型选用向列相液晶微透镜阵列，所述反射型选用胆甾相液晶微透镜阵列。

4.根据权利要求1所述的基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，其特征在于：所述液晶微透镜口径d为10μm-100μm。

5.根据权利要求1所述的基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，其特征在于：液晶微透镜阵列的排列方式为正交排列或蜂窝排列。

6.根据权利要求5所述的基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，其特征在于：所述液晶微透镜阵列排列方式为正交排列时，液晶微透镜在x，y两个方向的周期相同，所述周期大于等于液晶微透镜的口径；排列方式为蜂窝排列时，液晶微透镜在x，y两个方向的排列周期不同。

7.根据权利要求1所述的基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，其特征在于：所述微结构单元表面到液晶微透镜表面的距离大于所述液晶微透镜的焦距，且随着所述微结构单元表面到液晶微透镜表面的距离增加，所述液晶微透镜阵列所成像的景深逐渐减小。

8.根据权利要求1所述的基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，其特征在于：所述微结构单元包括凹陷结构和凸起结构，所述微结构单元的大小l，0.9d≤l≤1.1d，所述凹陷结构的宽度为100nm-20μm。

9.根据权利要求8所述的基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，其特征在于：所述凹陷结构内填充着色材料，所述着色材料包括油墨。

10.一种基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜的制备方法，其特征在于：用于制备如权利要求1-9任意一所述基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜，包括以下步骤：

技术总结
本申请属于安全防伪技术领域，提出了一种基于液晶微透镜阵列的可切换光场防伪薄膜及其制备方法；该防伪薄膜包括基材层，基材层的上表面设置有配向层；所述配向层上设置有液晶微透镜阵列，所述液晶微透镜阵列包含复数个液晶微透镜；所述液晶微透镜会聚某一旋向圆偏振光，发散相反旋向圆偏振光；所述基材层下表面设置有由复数个微结构单元组成的图文微结构层；所述液晶微透镜与所述微结构单元一一对应。与普通微透镜相比，液晶微透镜能够满足切换不同圆偏振态的光，人眼观察到不同的像，达到可切换的光场防伪效果。

技术研发人员：赵珂扬,黄文彬,刘晓宁,杨颖,浦东林,乔文,陈林森
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11