[发明专利]发光材料、包含发光材料的制品和进行制品验证的方法

说明书

优先权声明 

本申请要求2011年12月19日提交的美国临时申请61/577,543号的权益。

技术领域

本发明大体上涉及辐射发射化合物和将它们用作防伪材料（security materials）的方法和装置。 

背景 

许多发光材料在该材料被适当的外部能源激发时能够产生位于电磁波谱的红外、可见和/或紫外部分中的可检测发射（即具有相对较高光谱能量的输出辐射）。当发光材料发出辐射时，该发射在离散的时间跨度上出现，这可以由以衰减半衰期（即发射达到其峰值强度的50%所经过的时段）或其它量表示的可测量的衰减率（decay rate）来定义。表现出极短的发射衰减率（具有在微秒、纳秒或微微秒范围内的半衰期）的材料通常被描述为“荧光体（fluorophors）”（或“荧光的”）。相反，表现出较长衰减率（具有几毫秒至几分钟或更久（例如长达许多小时）的半衰期）的材料通常被描述为“磷光体（phosphors）”。当强度足够大的发射的波长位于电磁波谱的可见光区域内且其衰减半衰期足够长（例如大于人感知的时间阈值）时，该发射可以被人眼观察到具有颜色和亮度（或强度）。一旦激发停止，发射颜色作为可观察性逐渐减弱的余辉衰减，其最终完全消失。

典型的发光磷光体化合物包含至少基质材料（例如结晶组成或晶格）、发射离子和在一些情况下“敏化”离子（例如可以吸收激发能量并将激发能量转移给发射离子的离子）。通过由发射离子吸收入射辐射（也被称作“激发能量”）并由发射离子辐射该能量，或通过由基质材料和/或敏化离子吸收入射辐射、接着能量从基质材料/敏化离子转移至发射离子并随后由发射离子辐射出所转移的能量，实现由磷光体化合物产生辐射。 

磷光体化合物的所选组分可以使该化合物具有特定的发射性质，包括其激发能量的特定波长和其发射的一个或多个特定光谱位置。对于产生可观察到的发射的特定磷光体化合物，其发射中具有较高光谱能量含量（或发光输出）的一个或多个光谱位置（即其“光谱特征(spectral signature)”）可用于唯一地将该磷光体化合物与其它化合物识别开。该光谱特征主要归因于该磷光体化合物内包含的具体发射离子（或多种离子）。但是，由于基质材料对各种发射离子的影响——通常通过晶体场强度和分裂，可能存在光谱扰动。这也适用于发射的时间特性(temporal behavior)。 

一些磷光体化合物的独特光谱性质使它们非常适用于验证或识别具有特殊价值或重要性的制品（例如纸币、护照、生物样品等）。相应地，已经将具有已知光谱特征的发光磷光体化合物结合到各种类型的制品中以增强检测此类制品的伪造品或赝品或者识别和追踪该制品的能力。例如，发光磷光体化合物已经以添加剂、涂层和印刷或以其它方式施加的构件形式（其可以在验证或追踪制品的过程中被分析）结合到各种类型的制品中。 

包括发光磷光体化合物的制品可通过人观察和/或使用专门设计的验证设备来验证。更具体地，制造商可以将已知磷光体化合物（例如“验证用（authenticating）”磷光体化合物）结合到其“正宗”制品中。如上所述，人眼可观察到具有足够长的衰减半衰期且具有位于电磁波谱的可见光部分中的发射波长的磷光体化合物。可以使用产生可被磷光体化合物吸收的激发能量的固定或便携的激发源来激发这类磷光体化合物。在移除激发源时，该磷光体化合物发射特定波长的光持续一段时间（例如几秒）。当发射的光具有预期颜色时，人类观察者可以认为该制品是正宗的。相反，当该磷光体化合物发射出颜色不符合预期的光或没有发射出具有足够强度的光时，人类观察者可以认为该制品是不正宗的（例如假冒或伪造的制品）。 

可以使用适当构造的验证设备检测具有位于电磁波谱的紫外、可见和红外部分中的发射波长的磷光体化合物的存在。当用于验证时，该验证设备具有与验证用磷光体化合物相关的可吸收激发能量的波长和发射的光谱性质的知识（例如已储存的信息和/或各种滤光器）。当与要验证的样品制品一起提供时，验证设备使制品暴露于具有与发光磷光体化合物的吸收构件的已知波长相对应的波长的激发能量，其直接或间接导致所需发射。该验证设备感测和表征该制品可能产生的任何发射的光谱参数。当检测到的发射的光谱信号在与验证用磷光体化合物对应的检测装置验证参数范围（被称作“检测参数空间”）内时，该制品可被认为是正宗的。相反，当验证设备没有感测到在检测参数空间内的预期信号时，该制品可被认为是不正宗的。