本申請是申請日為2012年12月13日的題為“具有納米顆粒墨料的光學(xué)安全裝置”的中國專利申請?zhí)?01280064184.7的分案申請。

本發(fā)明涉及光學(xué)安全裝置(opticalsecuritydevice)及其制造方法。更確切地說，本發(fā)明涉及在構(gòu)造中采用了納米顆粒墨料的光學(xué)安全裝置。

背景技術(shù)：

光學(xué)安全裝置普遍用于安全文件中，作為避免未經(jīng)授權(quán)地復(fù)制或偽造此類文件的一種手段。典型地，這樣的裝置將產(chǎn)生一種讓潛在造假者難以復(fù)制的光學(xué)效應(yīng)。

廣泛的光學(xué)安全裝置在本領(lǐng)域是已知的。通常，此類裝置依賴于施加一個反射涂層或具有高折射率的半透明涂層以便顯示該光學(xué)效應(yīng)。例如，常見的是通過在一個聚合物層中壓印一個衍射圖案以形成一個表面凹凸圖案并且在該圖案上提供一個薄的反射性金屬層，來構(gòu)造一個光學(xué)安全裝置。以此方式，由該衍射圖案產(chǎn)生的效果在反射情況下是可觀察到的。替代地，用一個具有高折射率的透明層來取代該金屬層，從而允許觀察到該衍射效果并且還允許該裝置后方的任何信息都是可見的。

可以用多種方式來設(shè)置該薄的金屬反射層。一種方式是使用真空沉積法。在這個方法中，將有待涂覆的材料放在真空中并且使金屬汽化。當(dāng)汽化的金屬接觸該材料時，它在該材料上冷凝并且形成了一個金屬層。這個步驟有效地提供了一個反射層、但是相對昂貴。

該真空沉積法的一個替代方案是使用一種金屬納米顆粒墨料來涂覆所需要的表面。這樣的墨料的施加可以與該真空沉積法相比以實質(zhì)性降低的成本來完成，同時還提供了一個薄的涂層，該涂層取決于該墨料的組成而可以是高反射性的、或是具有高折射率的半透明的。

使用金屬納米顆粒墨料之前是有問題的，因為此類墨料對于施加了它們的表面顯示出薄弱的粘附性。因此，盡管這些墨料具有優(yōu)異的光學(xué)特性，但是已證明難以有效地使用這類墨料來生產(chǎn)光學(xué)安全裝置。

因此，希望的是提供一種采用了金屬納米顆粒墨料的光學(xué)安全裝置，該光學(xué)安全裝置解決了此類墨料的差粘附性所導(dǎo)致的困難。還希望提供一種用于制造此類光學(xué)安全裝置的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光學(xué)安全裝置，該光學(xué)安全裝置包括具有一個第一表面和一個第二表面的一個襯底；以及間歇性地設(shè)置在該第一表面上的至少一個區(qū)域內(nèi)的一種金屬納米顆粒墨料，用于產(chǎn)生一個或多個反射性的或局部反射性的貼片；其中在設(shè)置了該金屬納米顆粒墨料的該一個或多個區(qū)域上施加了一個高折射率涂層，該高折射率涂層粘連到該第一表面上的不存在該金屬納米顆粒墨料之處，由此將該金屬納米顆粒墨料固留在該第一表面與該高折射率涂層之間，并且其中該一個或多個反射性的或局部反射性的貼片至少部分地覆蓋在一個衍射凹凸結(jié)構(gòu)上。

可以將該衍射凹凸結(jié)構(gòu)設(shè)置在該襯底的第一表面上。替代地，可以將該衍射凹凸結(jié)構(gòu)設(shè)置在該襯底的第二表面上。該凹凸結(jié)構(gòu)可以是一個衍射光學(xué)元件。

可以將一個透明的或半透明的涂層直接施加在該凹凸結(jié)構(gòu)或每個凹凸結(jié)構(gòu)的、不存在該一個或多個反射性的或局部反射性的貼片的至少一部分上。該透明的或半透明的涂層的折射率與該凹凸結(jié)構(gòu)或每個凹凸結(jié)構(gòu)的折射率基本上相同。

優(yōu)選地，該高折射率涂層和該透明的或半透明的涂層可以具有相同的折射率。甚至更優(yōu)選地，這些涂層可以是相同的、優(yōu)選地是同時施加的。

這允許該凹凸結(jié)構(gòu)的不具有金屬納米顆粒墨料的這些部分在必要時可以是不可見的。

替代地，該凹凸結(jié)構(gòu)可以是高分辨率或高長徑比的光柵，例如偏振光柵。

可以將該金屬納米顆粒墨料設(shè)置在該第一表面上的多條基本上平行的線內(nèi)。當(dāng)以此方式設(shè)置該金屬納米顆粒墨料時，優(yōu)選地每條線具有1納米至200微米的寬度，并且進一步優(yōu)選地，這些線間隔開了1納米至200微米。

替代地，將該金屬納米顆粒墨料設(shè)置在多個基本上圓形的點內(nèi)。當(dāng)以此方式設(shè)置該金屬納米顆粒墨料時，優(yōu)選地每個基本上圓形的點具有1納米至200微米的直徑，并且進一步優(yōu)選地，這些點間隔開了1納米至200微米。

優(yōu)選地，這些基本上平行的線或基本上圓形的點的大小和間距產(chǎn)生了大于0.1的光學(xué)密度。

該涂層可以是一個可固化涂層。

該金屬納米顆粒墨料可以形成一個基本上不透明的反射層。替代地，該金屬納米顆粒墨料可以形成具有的折射率大約該凹凸結(jié)構(gòu)的折射率的一個半透明層。

該金屬納米顆粒墨料可以是一種銀納米顆粒墨料。在這種情況下，該銀納米顆粒墨料優(yōu)選地具有少于40％的銀。

替代地，該金屬納米顆粒墨料可以是一種鋁納米顆粒墨料。進一步替代地，該金屬納米顆粒墨料是一種鈦納米顆粒墨料。

該光學(xué)安全裝置的襯底可以是透明的或半透明的。該光學(xué)安全裝置可以包括被施加至該透明的或半透明的襯底的第一表面的至少一部分上的至少一個遮光層。另外，該光學(xué)安全裝置可以包括被施加至該透明的或半透明的襯底的第二表面的至少一部分上的至少一個遮光層。

優(yōu)選地，該至少一個遮光層至少部分地被省略以便在該襯底的第一和第二表面中的至少一者上、在設(shè)置有該金屬納米顆粒墨料和該高折射率涂層的區(qū)域中形成一個窗口或半個窗口。

甚至更優(yōu)選地，這些遮光層中的至少一個遮光層被間歇性地被設(shè)置在該襯底的第二表面上、位于該金屬納米顆粒墨料的區(qū)域中，以便形成標(biāo)記或圖像。

該至少一個遮光層是一個遮光涂層、優(yōu)選地一個遮光墨料層。

根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，提供了一種用于制造光學(xué)安全裝置的方法，該方法包括在一個襯底的第一表面上的至少一個區(qū)域內(nèi)間歇性地施加一種金屬納米顆粒墨料、并且在已施加了該金屬納米顆粒墨料的該區(qū)域或每個區(qū)域上施加一個高折射率涂層，其中該高折射率涂層粘連到該第一表面上的不存在該金屬納米顆粒墨料之處，由此將該金屬納米顆粒墨料固留在該第一表面與該高折射率涂層之間，并且進一步包括以下步驟：在施加該金屬納米顆粒墨料之前在該襯底的第一或第二表面上提供一個衍射凹凸結(jié)構(gòu)。

該凹凸結(jié)構(gòu)可以被提供為一個衍射光學(xué)元件。

該方法還可以包括以下步驟：將一個透明的或半透明的涂層直接施加在該凹凸結(jié)構(gòu)或每個凹凸結(jié)構(gòu)的、不存在該一個或多個反射性的或局部反射性的貼片的至少一部分上，并且其中該透明的或半透明的涂層的折射率與該凹凸結(jié)構(gòu)或每個凹凸結(jié)構(gòu)的折射率基本上相同。

優(yōu)選地，該高折射率涂層和該透明的或半透明的涂層可以具有相同的折射率。甚至更優(yōu)選地，可以同時施加這些涂層。

替代地，該凹凸結(jié)構(gòu)可以作為高分辨率的或高長徑比的光柵、例如偏振光柵來提供。

可以將該金屬納米顆粒墨料施加在該第一表面上的多條基本上平行的線內(nèi)。當(dāng)以此方式施加該金屬納米顆粒墨料時，優(yōu)選地每條線具有1納米至200微米的寬度，并且進一步優(yōu)選地，這些線間隔開了1納米至200微米。

替代地，該方法包括將該金屬納米顆粒墨料設(shè)置在多個基本上圓形的點內(nèi)。當(dāng)以此方式設(shè)置該金屬納米顆粒墨料時，優(yōu)選地每個基本上圓形的點具有1納米至200微米的直徑，并且進一步優(yōu)選地，這些點間隔開了1納米至200微米。

優(yōu)選地，這些基本上平行的線或基本上圓形的點的大小和間距產(chǎn)生了大于0.1的光學(xué)密度。

該涂層可以作為一個可固化涂層進行施加。

該方法可以包括以下步驟：將該金屬納米顆粒墨料作為一個基本上不透明的反射層進行施加。替代地，該金屬納米顆粒墨料可以作為具有的折射率大約該凹凸結(jié)構(gòu)的折射率的一個半透明層進行施加。

該金屬納米顆粒墨料可以作為銀納米顆粒墨料進行施加。在這種情況下，該銀納米顆粒墨料優(yōu)選地具有少于40％的銀。

替代地，該方法可以包括施加一種鋁納米顆粒墨料或鈦納米顆粒墨料。

該方法可以包括提供一個透明的或半透明的襯底。

該方法可以進一步包括將至少一個遮光層施加至該透明的或半透明的襯底的第一表面的至少一部分上。另外，該方法可以包括將至少一個遮光層施加至該透明的或半透明的襯底的第二表面的至少一部分上。

該方法的另外一個步驟可以包括將該至少一個遮光層至少部分地省略以便在該襯底的第一和第二表面中的至少一者上、在設(shè)置了該金屬納米顆粒墨料和該高折射率涂層的區(qū)域中形成一個窗口或半個窗口。該方法還可以包括將這些遮光層中的至少一個遮光層間歇性地施加到該襯底的第二表面上、位于該金屬納米顆粒墨料的區(qū)域中，以便形成標(biāo)記或圖像的。

該方法還包括以下步驟：提供至少一個遮光層，為一個遮光涂層、優(yōu)選地一個遮光墨料層。

本發(fā)明的其他方面針對包括如以上任何實施例中描述的光學(xué)安全裝置的一種安全文件，例如紙幣。

附圖說明

現(xiàn)在參考附圖僅通過舉例來描述本發(fā)明的多個具體實施例，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的一個光學(xué)安全裝置的代表性截面。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個替代實施例的一個光學(xué)安全裝置的代表性截面。

圖3是根據(jù)本發(fā)明另外一個實施例的一個光學(xué)安全裝置的代表性截面。

圖4a和圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的一個光學(xué)安全裝置的多個代表性截面。

圖5a和圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的一個光學(xué)安全裝置的多個代表性截面。

具體實施方式

定義

安全文件

如在此使用的，術(shù)語安全文件包括所有類型的具有價值的文件和代幣以及認證文件，包括但不限于以下這些：貨幣項(例如紙幣和硬幣)、信用卡、支票、護照、身份證、證券及股票證書、駕駛執(zhí)照、所有權(quán)契據(jù)、旅行證件(例如機票和火車票)、門卡和門票、出生證、死亡證和結(jié)婚證書以及成績單。

金屬納米顆粒墨料

如在此使用的，術(shù)語金屬納米顆粒墨料是指一種具有平均尺寸小于一微米的金屬顆粒的墨料。

衍射光學(xué)元件(doe)

如在此使用的，術(shù)語衍射光學(xué)元件是指數(shù)字型衍射光學(xué)元件(doe)。數(shù)字型衍射光學(xué)元件(doe)依賴于復(fù)雜數(shù)據(jù)的映射，這些輔助數(shù)據(jù)在遠場(或重建平面內(nèi))重建一個二維強度圖案。因此，當(dāng)基本上經(jīng)校準(zhǔn)的光(例如來自點光源或激光器)入射到該doe上時，產(chǎn)生了一個干涉圖案，該干涉圖案在該重建平面內(nèi)產(chǎn)生一個投影圖像，這個投影圖像在一個適合的觀察表面被定位在該重建平面內(nèi)時或者當(dāng)在該重建平面處在透射情況下觀察該doe時是可見的。這兩個平面之間的轉(zhuǎn)換可以用快速傅立葉變換(fft)來進行近似。因此，必須將包括幅值和相位信息的復(fù)雜數(shù)據(jù)物理地編碼在該doe的微結(jié)構(gòu)中。這個doe數(shù)據(jù)可以通過進行所希望重建(例如，遠場內(nèi)所希望的強度圖案)的逆向fft轉(zhuǎn)換來計算。

doe有時被稱為計算機產(chǎn)生的全息圖，但是它們不同于其他類型的全息圖，例如彩虹全息圖、菲涅耳全息圖和體反射全息圖。

參照圖1，示出了光學(xué)安全裝置的一個截面，其中一種金屬納米顆粒墨料104被間歇性地設(shè)置在襯底102的第一表面的一個區(qū)域中。一個涂層106被施加在設(shè)置了該金屬納米顆粒墨料104的區(qū)域上。涂層106在金屬納米顆粒墨料104區(qū)域之間的、不存在金屬納米顆粒墨料104的面積108內(nèi)粘連到襯底102的表面上。以此方式，金屬納米顆粒墨料104的單獨區(qū)域在襯底102的表面與該涂層106之間被固留在位，盡管該金屬納米顆粒墨料104與該襯底102的表面的粘附是薄弱的。

金屬納米顆粒墨料104的這些區(qū)域共同在該襯底102上產(chǎn)生了一個反射性或局部反射性的貼片。如果希望有多個反射性貼片或局部反射性貼片，則可以以此方式對襯底的多個區(qū)域提供金屬納米顆粒墨料。

在本發(fā)明的一個替代實施例中，該金屬納米顆粒墨料可以用來將一個薄的反射性涂層施加到一個凹凸結(jié)構(gòu)上，例如一個衍射結(jié)構(gòu)上。圖2示出了這樣一個安排，其中一個衍射結(jié)構(gòu)208被設(shè)置在襯底202的第一表面上。該衍射結(jié)構(gòu)208可以是與該襯底一體的，例如被壓印到一個聚合物襯底中，或替代地可以作為一個分開的元件來應(yīng)用，例如被壓印到被施加至該襯底上的一個層或涂層之中。

在該衍射結(jié)構(gòu)208的一個區(qū)域中間歇性地提供了金屬納米顆粒墨料204。一個涂層206被施加在設(shè)置有該金屬納米顆粒墨料204的區(qū)域上。優(yōu)選地，該涂層206是一個高折射率(hri)涂層，因為這將有助于確保由該衍射結(jié)構(gòu)208產(chǎn)生的光學(xué)效果保持是可見的，甚至在該金屬納米顆粒墨料204是以非常薄的層進行施加的情況下。涂層206在金屬納米顆粒墨料204的區(qū)域之間的、不存在金屬納米顆粒墨料204的面積210中粘連到衍射結(jié)構(gòu)208上。以此方式，可以在該衍射結(jié)構(gòu)上設(shè)置一個或多個反射性貼片。當(dāng)這個貼片形成一個基本上不透明的反射層時，由該衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射效果可以在設(shè)置該一個或多個貼片的區(qū)域中在折射情況下觀察到。

替代地，如圖3所示，可以在該襯底的、與該金屬納米顆粒墨料相反的一側(cè)上設(shè)置一個衍射結(jié)構(gòu)。在此，該金屬納米顆粒墨料304和涂層306被設(shè)置在該襯底的第一側(cè)上，其中一個衍射結(jié)構(gòu)308被設(shè)置在該襯底302的第二側(cè)上。可以將一種保護性清漆310施加到該衍射結(jié)構(gòu)308上。該保護性清漆310在這種情況下應(yīng)該是一個高折射率涂層(具有與襯底302相差至少0.2的一個折射率)，否則該衍射結(jié)構(gòu)308將不能清晰可見。在這個安排中，優(yōu)選的是，該襯底302的至少一部分和該衍射結(jié)構(gòu)308是透明的，并且由該金屬納米顆粒墨料形成的貼片是一個半透明層，該半透明層具有的折射率大于該襯底和該衍射結(jié)構(gòu)的折射率。以此方式，由該衍射結(jié)構(gòu)308產(chǎn)生的衍射效果可以在透射情況下被位于322處的一個觀察者觀察到，同時在反射情況下是位于321處的觀察者可看到的。這個結(jié)果是可能的，因為使用該納米顆粒墨料可以提供一個高反射表面、并且還允許足夠的光透過以允許該衍射效果在透射情況下是可見的。另外，納米顆粒墨料給出了與真空金屬化實現(xiàn)的反射率相同的反射率、并且可以更廉價并且有效地提供，因為該墨料是通過印刷方法施加的。

圖4a、圖4b、圖5a和圖5b示出了光學(xué)安全裝置的另外實施例的多個截面視圖，在該光學(xué)安全裝置中，凹凸結(jié)構(gòu)408、508被設(shè)置在一個透明或半透明的襯底402、502的第一表面上。襯底402、502可以由雙軸定向的聚丙烯(bopp)或本領(lǐng)域已知的任何其他聚合物材料形成。凹凸結(jié)構(gòu)408、508可以是與襯底402、502一體的(例如通過壓印工藝)或可以作為一個分開的元件來應(yīng)用，例如被壓印到被施加至該襯底的一個層或涂層之中。

間歇性地施加金屬納米顆粒墨料404、504，以形成覆蓋在這些凹凸結(jié)構(gòu)408、508上的一個或多個反射性貼片。涂層406、506被施加在設(shè)置有該金屬納米顆粒墨料404的區(qū)域上。優(yōu)選地，該涂層406、506是一個高折射率(hri)涂層，因為這將有助于確保由該衍射結(jié)構(gòu)408、508產(chǎn)生的光學(xué)效果保持是可見的，甚至在該金屬納米顆粒墨料404、504是以非常薄的層進行施加的情況下。涂層406、506在金屬納米顆粒墨料404、504的區(qū)域之間的、不存在金屬納米顆粒墨料404、504的面積中粘連到衍射結(jié)構(gòu)408、508上。以此方式，可以在該衍射結(jié)構(gòu)408、508上設(shè)置一個或多個反射性貼片。當(dāng)這個貼片形成一個基本上不透明的反射層時，由該衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射效果可以在設(shè)置該一個或多個貼片的區(qū)域中在反射情況下觀察到。

圖4a、圖4b、圖5a和圖5b的光學(xué)安全裝置可以根據(jù)該反射表面404、504是一個基本上不透明的反射層還是至少局部透射的層而作為一個反射性和/或透射性裝置起作用。

在圖5a和圖5b中，衍射結(jié)構(gòu)508的僅一部分設(shè)置有金屬納米顆粒墨料504。區(qū)域a沒有施加金屬納米顆粒墨料504。圖5a和圖5b示出了，一個hri涂層506被施加至該衍射結(jié)構(gòu)508的、已經(jīng)施加有金屬納米顆粒墨料的這些部分上。另外，一個透明的或半透明的涂層516被施加至該衍射結(jié)構(gòu)的、不具有金屬納米顆粒墨料508的多個部分(區(qū)域a)上。

圖5b示出了如果該透明或半透明涂層514具有的折射率基本上與該衍射結(jié)構(gòu)508的折射率相同時的效果。這使得該衍射結(jié)構(gòu)508在這些區(qū)域a中是有效地不可見的，并且僅有該衍射結(jié)構(gòu)的用金屬納米顆粒墨料覆蓋的這些部分是可見的。在另外一個實施例中，這些涂層506和514可以作為相同的涂層在一個單一的步驟中施加。

可以將遮光層412、512施加到該透明或半透明襯底402、502的第一和/或第二表面上，從而形成一個窗口或半個窗口420、520，其中，可以從從該襯底402、502的一側(cè)或多側(cè)來觀察到該光學(xué)安全裝置。該窗口或半個窗口可以是安全文件(例如紙幣)的一部分。圖4a至圖5b示出了完整窗口構(gòu)型中的光學(xué)裝置。遮光層414、514的其他區(qū)域可以在該襯底402、502的與凹凸結(jié)構(gòu)408、508相反的第二表面上形成一個或多個圖像或標(biāo)記。這些遮光層412、414、512或514優(yōu)選地為遮光涂層，例如遮光墨料，并且可以通過印刷工藝來施加，例如通過凹版印刷、凹雕、苯胺印刷、絲網(wǎng)印刷或本領(lǐng)域已知的其他合適的技術(shù)來施加。

參照圖2和圖3，該衍射結(jié)構(gòu)208或308可以容易地用任何所希望的凹凸結(jié)構(gòu)(例如像衍射光學(xué)元件)來更換。替代地，可以使用高分辨率或高長徑比的光柵(例如偏振光柵)，在這種情況下應(yīng)該使用小于100納米的納米顆粒。

在本發(fā)明的一個實施例中，該金屬納米顆粒墨料是一種銀納米顆粒、具有少于40％的銀。然而，根據(jù)本發(fā)明，一些其他金屬納米顆粒墨料也是適合使用的，例如，具有大于40％的銀的銀納米顆粒墨料、鋁納米顆粒和鈦納米顆粒。

將了解的是，一個適合的涂層應(yīng)該展示以下屬性中的一種或全部：對襯底的良好粘附性、高透明性、通常為無色并且是穩(wěn)健的。可能的涂層可以包括一種透明的、折射率不高的清漆。清漆是指產(chǎn)生持久的保護性表面的材料。示例性的透明清漆可以包括但不限于硝酸纖維素和醋酸丁酸纖維素。替代地，該涂層可以是一種高折射率涂層，是一種具有分散在載體、粘接劑或樹脂中的具有小粒徑和高折射率的金屬氧化物成分的涂層。這樣的高折射率涂層含有溶劑，因為它是一種分散體。當(dāng)使用這種類型的高折射率涂層時，它可以被空氣固化或uv固化。替代地，還可以使用采用了非金屬聚合物的高折射率涂層，例如含硫的或溴化的有機聚合物。

該金屬納米顆粒墨料優(yōu)選地被施加到該襯底的表面上的多條基本上平行的線內(nèi)或多個基本上圓形的點內(nèi)。如果該金屬納米顆粒墨料被提供在多條基本上平行的線內(nèi)，則這些線優(yōu)選地具有1納米至200微米的寬度并且優(yōu)選地間隔開1納米至200微米。如果該金屬納米顆粒墨料被提供在多個基本上圓形的點內(nèi)，則這些點優(yōu)選地具有1納米至200微米的直徑并且優(yōu)選地間隔開1納米至200微米。進一步優(yōu)選地，這些墨料條或點具有100微米左右的寬度或直徑并且間隔開大約100至200微米。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些間距提供了適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)密度，以便給予所需的反射率。優(yōu)選地，該光學(xué)密度大于0.1。

可以通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所了解的若干種技術(shù)中的一種來施加該金屬納米顆粒墨料。優(yōu)選地，該墨料通過凹雕來施加，但是也可以通過其他合適的技術(shù)例如苯胺印刷或膠版印刷來施加。