專利名稱：圖案反射光學結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在二維全息圖的構(gòu)建中采用衍射光柵技術(shù)，觀察者視覺上將產(chǎn)生三維圖形的幻 覺。通過使用交叉激光束，基于聚合物折射率的不同也可生成三維全息圖，所述交叉激 光束包括一束參考光束和一束物光束。這樣的全息圖被稱為體積全息圖或3D全息圖。 而且，在各種目標物上使用全息圖形以防止偽造也得到了廣泛應用。
為了打擊偽造者，全息圖公司已借助于更復雜的圖像，如當防偽圖案旋轉(zhuǎn)時，可 以生成多種圖案。這些增強圖案可為觀眾提供高水平的"flash"或美的吸引力。不幸的是， 這種增加的復雜性并不能相應地增加安全性，因為這種復雜的圖案很難被理解，即使可 能的話，回憶起這些圖案也是一件很困難的事。因此，開發(fā)在各種光線條件下可增強觀測性能的改進的防偽產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)勢, 并且所述防偽產(chǎn)品能夠應用到各種防偽應用中以使偽造更加困難。
發(fā)明摘要
本發(fā)明涉及一種可顯示表面浮雕圖案的效果的光學結(jié)構(gòu)，所述表面浮雕圖案如全 息圖或衍射光柵，所述表面浮雕圖案帶有文字數(shù)字符號、條形碼或圖解或繪畫圖案和在 所述圖案周圍的輔助光學效果。本發(fā)明的這些及其其它特征將在下面的描述和權(quán)利要求書中詳細闡述，也可以通
過實施上述描述而得到進一步了解。


圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個具體實施例的光學結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明又一個具體實施例的光學結(jié)構(gòu)的示意圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明另一個具體實施例的防偽物品的示意圖。

發(fā)明內(nèi)容
以示意圖的形式闡述了本發(fā)明的各個要素，其中相同的結(jié)構(gòu)使用相同的參考標
志o使用"圖案，，反射層概念意味著，在表面浮雕圖案24上應用反射層可得封期望的 "圖案"或設計。不局限于實施例，圖案反射層可以以文字、數(shù)字、條形碼和/或圖解或繪 畫圖案的形式出現(xiàn)。光透射層22更適宜使用可直接在其表面形成浮雕結(jié)構(gòu)的材料制成。適用于層22 的材料包括塑料，如聚氯乙稀、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯和PET型G。
用于制造表面浮雕圖案24的方法是該領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。例如，層22表 面可以用人們熟知的方法浮雕制成，如在高壓下將它與熱的鎳浮雕薄片緊緊壓在一起即 可。其它方法包括光刻法和塑料基片緊靠圖案表面的壓模法。在某一方法中，光學結(jié)構(gòu)20可利用浮雕熱塑性薄膜而制成，即先加熱軟化薄膜的 表面，然后將薄膜通過浮雕滾筒，使得軟化表面呈現(xiàn)衍射光柵或全息圖。通過該方法， 可有效地制造出無限長的帶衍射光柵或全息圖的薄片。另外一種制造光學結(jié)構(gòu)20的方法 是將一巻覆蓋有可用紫外線(UV)固化的聚合物(如PMMA)的塑料膜通過一套可透 射紫外線的滾筒，其中滾筒可將圖案引入UV固化的聚合物。當聚合物通過可透射UV 滾筒時，將被UV光固化。雖然這兩種制備圖案反射層的方法是目前首選的，但是將會意識到，了解此處所 講的期望的結(jié)構(gòu)的該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以識別制備圖案反射層的替代方法。
圖2描述了與圖1相似的結(jié)構(gòu)，但是為制備光學結(jié)構(gòu)30，在光透射層22上增加 光透射基片32。當用于制備光透射層22的材料為軟性材料時，這個具體結(jié)構(gòu)是非常有 用的，因為基片32可為光學結(jié)構(gòu)提供物理保護和/或剛性。另外，光透射層22的內(nèi)表面 有制備好的表面浮雕圖案，并與圖案反射層相連。目前，首選使用適用于模壓的可熱塑的材料來制備光透射基片32,其中包括塑料， 如聚酯；聚對苯二曱酸乙二醇酯(PET),如PET型G;聚碳酸酯，丙烯酸樹酯，如聚 丙烯酸樹酯(包括聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA));聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙 烯；纖維素雙乙酸酯和纖維素三醋酸酯及其混合物或共聚物和類似物。在一個優(yōu)選實施 例中，光透射基片32實質(zhì)上由透明材料如聚碳酸酯制成?；?2適宜厚度約為3nm-lOO^xm,優(yōu)選厚度約為12pm 25nm。雖然基片32是作為一個單層來描述的，但它可以 由多層基片材料制成。圖3描述了與圖1相似的光學結(jié)構(gòu)，但是圖案反射層26和表面浮雕圖案24的暴 露部分下有附加層42。層42可以用來保護圖案反射層26和表面浮雕圖案24,也可為光 學結(jié)構(gòu)40增加光學特性。例如，層42可以是有顏色的、光透射和/或不透明的。層 42可以是單層，也可以是多層結(jié)構(gòu)。當層42為圖1中的結(jié)構(gòu)增加光學特性時，在這里 它指的是"光學活性"涂層。圖4為使用光活性涂層的例子，其中描述了包含一個含表面浮雕圖案24和圖案 反射層26的光透射層22的光學結(jié)構(gòu)50。光學活性多層光學涂層58可用一層薄膜光學 堆制作，其用于圖案反射層和表面浮雕圖案的暴露區(qū)。已發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)具有有用的光學性質(zhì)D在圖案反射層遮蓋表面浮雕圖案的部分， 可產(chǎn)生如圖1的結(jié)構(gòu)中所觀察到的光學效果。然而，在沒有反射層的表面浮雕圖案部分 多層光學涂層將產(chǎn)生唯一的光學效果。例如，在圖案鋁反射層位于顯示全息圖的表面浮 雕圖案下的情況，將可以看到一系列標準的全息色彩，所述全息色彩為典型的彩虹色， 其中色彩隨傾角的增大由藍向紅變化。在多層光學涂層58直接應用于表面浮雕圖案的 區(qū)域，全息圖可顯示不同的視覺色彩，這是由于涂層58將生成可以修正全息圖的衍射/ 干涉效果的特殊色彩。
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(^03)及其組 合物和類似物。適用于介電層54的低折射率材料包括氧化硅(Si02)、氧化鋁(八1203)、
10氟化物如氟化鎂(MgF》、氟化鋁(A1F3)、氟化鈰(CeF3)、氟化鑭(LaF3)、氟化鋁鈉(如 Na3AlF6或Na5Al3F14 )、氟化釹(NdF3)、氟化釤(SmF;3)、氟化鋇(BaF2)、氟化鈣(CaF2)、 氟化鋰(LiF)及其組合物，或其它任何折射率大約等于或低于1.65的低折射率材料。例 如，可用作低折射率材料的有機單體或聚合體，包括二烯或烯烴，如丙烯酸酯(例如， 甲基丙烯酸酯)；全氟烯烴；聚四氟乙烯(Teflon); 氟化乙烯丙稀(FEP)及其組合 物與類似物。反射層56可在介電層54上通過傳統(tǒng)沉積工藝形成，如PVD、濺射或類似工藝。 反射層56的適宜厚度約為300 - 1000埃，優(yōu)選厚度約為500 - 1000埃。根據(jù)期望的色 彩效果，反射層56最適宜用不透明的高折射率金屬制備而成，例如鋁、銀、銅、金、 4白、鈮、錫及其組合物和合金，以及類似物。也可以使用其它金屬，例如鉻、鎳、鈦、 釩、鈷和鈀、或鈷-鎳合金，其它金屬也可象其他反射材料一樣用于制備合適厚度的反 射層56。
044圖5示意性描述了光學結(jié)構(gòu)中的另一個實施例。圖5顯示了光學結(jié)構(gòu)60,所述光 學結(jié)構(gòu)60具有在透射層22上形成的表面浮雕圖案24和位于表面浮雕圖案下的圖案反 射層26。 一種包含懸浮薄片64的透射物質(zhì)被應用在圖案反射層和光學浮雕圖案暴露部 分下，當透射物質(zhì)硬化或固化后，形成包含懸浮薄片64的透射層62。為得到期望的光 學效果，使用的特殊薄片不必像圖示那樣平整，可以是任何期望的顏料或顆粒物，或是 以不同間隔定位。然而，當所述薄片縱橫比高而且平整，以至于它們與層22平行時， 將產(chǎn)生最強烈的變色效果。用于連接圖5的具體結(jié)構(gòu)的合適變色薄片與美國專利編號 5,135,812描述的形式相同，此處通過參考將其結(jié)合入本發(fā)明中。除了因表面浮雕圖案24和圖案反射層26組合而觀察到的變色效果，層62中的 懸浮變色薄片將導致另外的變色效果。因使用懸浮薄片而非圖4中的連續(xù)結(jié)構(gòu)增加了額外的光學效果，這將取決于如薄片64加到透射層62的分量、薄片64的尺寸和縱橫比、 薄片64的光學特征和薄片的其它特征這樣一些因素。也可以理解，通過選擇上面描述的各種特征的組合，可以得到多種效果。例如， 可以只在層22的部分區(qū)域加上表面浮雕圖案24,也可以在整個表面上加上表面浮雕圖 案。不同類型的表面浮雕圖案可用于透射層22的不同位置。為獲得不同的光學效果， 可以使用不同的材料以使圖案反射體26各個部分各不相同?？梢允褂枚喾N類型的薄片 64,而不是單一組分和結(jié)構(gòu)的薄片；或者可以在光學結(jié)構(gòu)某一區(qū)域使用一種類型的薄片， 而在另一區(qū)域使用不同類型的薄片。為提供期望的光學效果，可將各種類型的多層膜大 量使用于表面浮雕圖案24和圖案反射體26的組合中。例如，薄膜光學膜堆可以包括其 它光學涂層，如所有的電介質(zhì)系統(tǒng)，其中，不僅可以觀察到光學偏移效果，而且可觀察 到紅外信號，且可用作一種隱形防偽特性。
12[049圖7A和7B描述了利用本發(fā)明特征的熱印金屬薄片的結(jié)構(gòu)。熱印圖案在保護安全 文檔中特別有用，如貨幣、支票、簽證、護照、證書、身份證和類似物。熱印圖案在 需要商標保護領(lǐng)域也非常有用，如醫(yī)藥品、化妝品、電子產(chǎn)品、軟件、服裝或其它具備 被偽造特性的產(chǎn)品。在后一種情況中，熱印圖案可以粘貼在包裝盒、容器或產(chǎn)品本身上。0501圖7A描述了一種本發(fā)明所述的熱印圖案.80的結(jié)構(gòu)。舉一個例子來說明，如圖3 所示的光學結(jié)構(gòu)40可以夾在載片82與熱釋放層84和熱活性膠86之間，其中光學結(jié)構(gòu) 40 —側(cè)是熱釋放層84,另一側(cè)是熱活性膠86。圖7A描述了應用于安全文檔88的熱印 裝置80。圖7B描述了使用該結(jié)構(gòu)的結(jié)果，由于高分辨的浮雕技術(shù)和光學活性涂層技術(shù) 同時具備以使圖案具有與真實圖案相同的光學特征，所述結(jié)構(gòu)不僅提供視覺感染力，而 且不易被仿造，所述高分辨的浮雕技術(shù)如全息技術(shù)、圖案結(jié)構(gòu)。本發(fā)明也可以在不偏離其本質(zhì)或內(nèi)在特性的情況下采用其它特殊的方式進行具 體闡述。可僅像圖示的一樣從各個方面來考察描述的具體結(jié)構(gòu)，但不限于此。因此，本 發(fā)明的范圍不是前面描述的范圍而是下面的權(quán)利要求的范圍。所有與權(quán)利要求的等價內(nèi) 涵和范圍內(nèi)的改變都屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種光學結(jié)構(gòu)，包括光透射基片，所述光透射基片包含第一表面和相對的第二表面，其中所述第二表面包括形成于其上的表面浮雕圖案；反射材料圖案層，所述反射材料圖案層被運用于所述光透射基片的所述表面浮雕圖案的部分區(qū)域，以使所述表面浮雕圖案的部分區(qū)域被所述反射材料覆蓋，所述表面浮雕圖案的其他部分被暴露；和光學活性涂層，所述光學活性涂層位于所述表面浮雕圖案的所述圖案層和所述暴露部分下而且與它們接觸，其中，所述光學活性涂層的折射率實質(zhì)上與所述光透射基片的折射率匹配，以使在所述表面浮雕圖案暴露部分將不顯示所述表面浮雕圖案的光學效果，其中，所述光學活性涂層包含可給所述表面浮雕圖案的所述暴露部分增加期望的光學效果的薄片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所限定的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述薄片具有隨入射觀察角 度或入射到其上的光的角度的變化而顏色發(fā)生變化的變色特性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所限定的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述薄片中的每一個包含一 薄膜光學膜堆，所述薄膜光學膜堆包括 部分吸收、部分透射層；介電層；和反射層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所限定的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于所述反射材料圖案層是不透明的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射材料圖案層被使用以 形成繪畫圖案。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射材料圖案被使用以形 成文字數(shù)字符號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射材料圖案層被使用以 形成圖解圖案。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述表面浮雕圖案從包括衍射 光柵圖案、全息案、角反射器、零級衍射圖案、疊柵圖及其組合的組中選擇。
全文摘要
一種包含光透射基片的光學結(jié)構(gòu)，其中，將表面浮雕圖案施加到所述光透射基片上，如全息圖。反射材料圖案層被應用在表面浮雕圖案部分上，以形成文字數(shù)字符號、條形碼或圖解或繪畫圖案。為使表面浮雕圖案的暴露部分產(chǎn)生期望的光學效果，在反射材料圖案層和表面浮雕圖案暴露部分上使用了光學活性涂層。在一些具體結(jié)構(gòu)中，光學活性涂層為變色薄膜或包含變色片。任選地，光學活性涂層材料的折射率可與光透射基片的折射率顯著匹配，以使未被反射材料覆蓋的表面浮雕圖案區(qū)部分不顯示表面浮雕圖案的光學效果。
文檔編號B44F1/04GK101470229SQ20081017207
公開日2009年7月1日 申請日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者弗拉基米爾·P.·洛夏, 羅杰·W.·菲利浦 申請人:Jds尤尼弗思公司