專利名稱：表面浮雕微結(jié)構(gòu)、相關裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)(surface relief microstructure)的復制品的方法。本發(fā)明還涉及根據(jù)該方法制造為復制品的元件。特別地，根據(jù)本發(fā)明的元件用于保護文檔和制品以防止偽造和篡改。
背景技術：
現(xiàn)在，通常使用光學裝置來防偽造、非法篡改進行保護和產(chǎn)品保護是成熟技術。隨著欺詐和偽造的增加，不斷需要新穎的防偽措施。許多年以來，全息圖已經(jīng)成為優(yōu)選的安全技術。其間，這種技術已經(jīng)超過30年并且由此被廣泛了解和應用。今天甚至可以在每個禮品店內(nèi)發(fā)現(xiàn)全息箔。由于許多人可以使用全息圖技術，所以這種情形呈現(xiàn)了安全風險。因此，非常希望通過與全息裝置明顯不同的新穎的安全特征來擴展安全裝置的色調(diào)(palette)。這種新裝置的例子是可供選擇的光學可變裝置(OVD)。OVD是當視角或照明角度發(fā)生變化時改變其外觀(例如，亮度、對比度或顏色)的裝置。著名的代表性色偏移 OVD是膽留型或干涉膜，其包括基于這些膜的薄片的光學裝置。當裝置相對于垂直視角傾斜時，這兩種膜均呈現(xiàn)出顯著的色偏移。在現(xiàn)代薄膜部件的歷史中由于光在光學薄膜處的干涉導致的色偏移效應出現(xiàn)很久了(例如，J. A. Dobrowolski, "Optical thin-film security devices”，in “Optical Document Security，，ed. By R. L. van Renesse，Artechouse Boston 1998)。分層薄膜系統(tǒng)的許多不同成分是可能的。隨著入射角增加，反射或透射光譜向短波長側(cè)偏移。通常作為介電層和金屬層的組合的多層薄膜系統(tǒng)僅僅用介電材料也是可能的。在這種情況下，需要不同折射率的薄膜。當今可以商購到基于干涉薄膜或這些膜的薄片的安全裝置。例如，能夠在美國專利US-5084351中發(fā)現(xiàn)例子。其它的方案是散射裝置。在OVD中利用各向同性散射效應以及甚至利用各向異性散射效應能夠明顯增強光學吸引力。尤其是，各向異性光散射是產(chǎn)生視角敏感裝置的有用手段。圖1. 1和圖1. 2分別圖示各向同性和各向異性光散射。在各向同性地結(jié)構(gòu)化的表面(例如，新聞用紙或在家居制品中遇到的大多數(shù)表面)處的反射是這樣的，即，沒有方位方向是優(yōu)選的。如圖1.1所示，準直入射光1在散射表面2處以特征軸對稱輸出光分布和特征發(fā)散角4被改向進入新的出射方向3。然而，各向異性地結(jié)構(gòu)化的表面以顯著的方式將光反射到某些方向并且抑制其它方向上的光。在圖1. 2中，準直入射光1入射在各向異性散射表面5上，并且以取決于相應的方位角8,8'的特征輸出光分布7被改向進入新的出射方向6。在本發(fā)明的情形中，術語“各向異性方向”是指層平面內(nèi)的局部對稱軸，例如，沿微結(jié)構(gòu)的槽或谷的方向。如果表面包括具有局部不同的各向異性方向(如圖2中的方向10、11)的各向異性結(jié)構(gòu)的圖案，則該圖案的各個區(qū)域?qū)⑷肷涔夥瓷涞讲煌较?。然后，通過傾斜觀察或通過使用斜入射光可以識別該圖案。在國際專利申請Μ)-01Λ9148中描述了一種制造具有圖案化的各向異性的各向異性散射膜的已知方法，該國際專利申請的內(nèi)容以引用方式并入本文。該方法利用所謂的單體起皺(monomer corrugation, MC)技術。它取決于這樣的事實通過交聯(lián)(例如，通過暴露給紫外線輻射)促使施加到基底的特殊混合物或共混物進行相分離。隨后去除非交聯(lián)成分留下具有特定表面拓撲的結(jié)構(gòu)。術語“MC層”用于根據(jù)這個技術制備的層。通過下面的配向?qū)?alignment layer)的配向，可以使得該拓撲成為各向異性的。通過使用圖案化的配向?qū)?，可以產(chǎn)生圖案化的各向異性散射表面拓撲。W0-2006/007742公開了制造在某些觀察角度下產(chǎn)生彩色外觀(pastel-colored appearance)的改性的MC層和層結(jié)構(gòu)的方法。W007/131375公開了通過下述方式來產(chǎn)生光學有效表面浮雕微結(jié)構(gòu)的方法首先制造包括微結(jié)構(gòu)的圖像的掩模，然后在第二步驟中將該圖像復制到樹脂或抗蝕劑以產(chǎn)生光學有效表面浮雕微結(jié)構(gòu)。W007/131375的內(nèi)容以引用方式并入本文。W007/131375中公開的這些方法的缺點在于工藝步驟的數(shù)目較大，這不僅會增加生產(chǎn)時間還會降低制造產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供用于制造表面浮雕微結(jié)構(gòu)的復制品的簡化方法。本發(fā)明的另一個目的在于提供用于復制表面浮雕微結(jié)構(gòu)的母版。本發(fā)明的另一個目的在于提供具有表面浮雕微結(jié)構(gòu)的元件，該表面浮雕微結(jié)構(gòu)是使用根據(jù)本發(fā)明的母版通過復制而制得的。優(yōu)選地，復制的表面浮雕微結(jié)構(gòu)是光學有效的，這應該是指，根據(jù)表面浮雕微結(jié)構(gòu)以特征的方式對入射光進行調(diào)制。更優(yōu)選地，與光的相互作用是這樣，即，光被衍射、折射或散射。本發(fā)明提供了一種復制圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟在第二層的頂部上產(chǎn)生具有圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的第一層(21)，第一層包括第一材料，并且第二層包括第二材料；通過將第一層的微結(jié)構(gòu)復制到第二層來產(chǎn)生母版，從而至少涉及一個干法或濕法蝕刻步驟，其特征在于，該方法還包括一個附加步驟，其中，使母版的微結(jié)構(gòu)與復制品材料進行接觸，從而使母版的微結(jié)構(gòu)在復制品材料中被再現(xiàn)，與母版的表面浮雕輪廓相比，該復制品材料具有反向的表面浮雕輪廓。與母版的表面浮雕輪廓相比，母版的復制品具有反向的表面浮雕輪廓。母版的復制品還能夠用作用于產(chǎn)生進一步的復制品的母版(子母版，daughter master) 0在本發(fā)明的情形中，復制品的復制品稱作更高階復制品。在本發(fā)明的情形中，母版是能夠用于在復制過程內(nèi)制造復制品的包括表面浮雕微結(jié)構(gòu)的裝置，并且，特別地包括在第二層中產(chǎn)生的直接復制品及其任何復制品或更高階復制品。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方法，復制品用作子母版，以通過將子母版與復制品材料進行接觸來復制圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)，從而使得在復制品材料中再現(xiàn)子母版的微結(jié)構(gòu)，與子母版的表面浮雕輪廓相比，該復制品材料具有反向的表面浮雕輪廓。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選方法，更高階復制品用作子母版。在本發(fā)明的情形中，與基準表面浮雕輪廓相比反向的表面浮雕輪廓應該是指，它的深度輪廓與基準表面浮雕輪廓互補。例如，這是指反向的表面浮雕的谷對應于基準表面浮雕的峰，反向的表面浮雕的峰對應于基準表面浮雕的谷。將表面浮雕微結(jié)構(gòu)從第一層復制到第二層的方法包括一個或多個干法或濕法蝕刻工藝步驟。在蝕刻步驟之一中，降低第一層的厚度，直到表面浮雕微結(jié)構(gòu)的下部區(qū)(谷)中的材料被清除，并且下面的第二層的部分被露出(set off)。在隨后的蝕刻步驟中，在先前的蝕刻步驟中被露出的這些部分中蝕刻第二層。如果恰當?shù)剡x擇材料和工藝條件，則能夠在單個蝕刻步驟內(nèi)執(zhí)行第一層和第二層的蝕刻。優(yōu)選地，第一和第二材料不同。通過例如涂敷、印制、浸漬、蒸發(fā)、濺射、澆鑄、非電鍍或電鍍的方法，可以將復制品材料施加到復制的微結(jié)構(gòu)(母版)。代替對復制的微結(jié)構(gòu)施加復制品材料，能夠使用復制的微結(jié)構(gòu)(母版)作為將微結(jié)構(gòu)壓入復制品材料的壓花工具。通過使用根據(jù)本發(fā)明的母版，可以應用標準復制技術來以適當?shù)某杀九可a(chǎn)具有表面浮雕微結(jié)構(gòu)的光學元件。現(xiàn)今，兩種流行的成本有效的復制技術是UV壓花和熱壓花(例如，參見 Μ· T. Gate “Replication techniques for diffractive optical elements，，inMicroelectronic Engineering, Vol. 34, page 321 (1997))。復制過程在復制品的表面中產(chǎn)生與母版的浮雕反向的浮雕。在復制過程完成以后，將復制品與母版分離。復制品能夠用作根據(jù)本發(fā)明的光學元件，或者它自身能夠用作用于制造復制品的母版(子母版)。盡管與原始母版的表面浮雕輪廓相比子母版呈現(xiàn)反向的表面浮雕輪廓，但是子母版的復制品顯示與原始母版相同的表面浮雕輪廓。本發(fā)明還提供了包括圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的光學元件，該表面浮雕微結(jié)構(gòu)是根據(jù)本發(fā)明的方法作為復制品而制得的。與在W007/131375中公開的方法不同的是，根據(jù)本發(fā)明的方法消除了用于產(chǎn)生母版的掩模的制造。因此，減少了工藝步驟的數(shù)目，從而提高了制造產(chǎn)量。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方法，通過電鍍產(chǎn)生復制品。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于復制根據(jù)本發(fā)明的方法制造的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的母版。在本發(fā)明的情形中，術語“微結(jié)構(gòu)的復制品”以及術語“復制品”在與上述方法相關時主要是指二維橫向結(jié)構(gòu)，并且并非一定意味著原始的微結(jié)構(gòu)與復制的微結(jié)構(gòu)完美一致。 例如，這意味著對于原始的微結(jié)構(gòu)和復制的微結(jié)構(gòu)，對應的頂水平(峰)和較低水平(谷) 的橫向距離幾乎相同。然而，通常，復制的微結(jié)構(gòu)的深度將不會與原始的微結(jié)構(gòu)的深度一致。甚至本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠通過各種工藝參數(shù)調(diào)整和控制復制的微結(jié)構(gòu)的深度。優(yōu)選地，復制的微結(jié)構(gòu)的深度大于原始的微結(jié)構(gòu)的深度。由此，優(yōu)選地，復制過程放大了微結(jié)構(gòu)的深度輪廓。在本發(fā)明的情形中，圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)應該是指，在其微結(jié)構(gòu)中具有至少兩個不同區(qū)域的表面中存在圖案。該圖案還可以由具有微結(jié)構(gòu)和不具有微結(jié)構(gòu)的區(qū)域組成。例如，簡單圖案會是具有帶微結(jié)構(gòu)的區(qū)域和不帶微結(jié)構(gòu)的另一個區(qū)域的圖案。通常，圖案的區(qū)域之間的差別可以是引起微結(jié)構(gòu)與光的不同相互作用的微結(jié)構(gòu)的任何物理差別。例如，這些差別可以是由于微結(jié)構(gòu)的深度、微結(jié)構(gòu)的橫向密度、微結(jié)構(gòu)的周期性、微結(jié)構(gòu)的各向異性、各向異性軸的方向而引起的。圖案區(qū)域的以上性質(zhì)的任何組合也是可能的。例如， 可以存在具有各向同性微結(jié)構(gòu)的一個區(qū)域、具有帶有第一各向異性軸的各向異性微結(jié)構(gòu)的另一個區(qū)域、具有帶有第二各向異性軸的各向異性微結(jié)構(gòu)的另一個區(qū)域、以及不具有微結(jié)構(gòu)的另一個區(qū)域。微結(jié)構(gòu)可以是各向同性或各向異性的。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中， 存在包括各向異性微結(jié)構(gòu)的圖案的至少一個區(qū)域。圖案可以代表任何類型的信息，例如，圖像、字母、數(shù)字、條形碼、圖片、縮微文本、 圖形部分、指紋、加密信息、全息數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)及其任何組合。微結(jié)構(gòu)可以是周期性的或非周期性的。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，圖案包括微結(jié)構(gòu)是非周期性的至少一個區(qū)域。用于表征非周期性或非確定性表面輪廓的有用參數(shù)是自相關函數(shù)和有關的自相關長度。表面輪廓的一維或二維自相關函數(shù)能夠被理解為針對平面內(nèi)距離X的兩個空間分離點的表面輪廓的可預測性的測量。例如表面浮雕微結(jié)構(gòu)輪廓的函數(shù)P(X)的自相關函數(shù)AC(X)被定義為AC(x) = / Ρ(χ' ) ·Ρ(χ' +χ) · dx'。例如，在“Numerical recipes in C :the art of scientific computing/William H. Press ；Saul A. Teukolsky ；William T. Vetterling ；Brian P. Flannery. -Cambridge ；New York Cambridge University Press. 1992”中能夠發(fā)現(xiàn)關于自相關函數(shù)和對應的編程問題的更多細節(jié)。對于非周期性或非確定性表面輪廓，隨著X增大，自相關函數(shù)迅速衰減。另一方面，對于例如在格柵中發(fā)現(xiàn)的確定性表面輪廓，自相關不會衰減。然而，在格柵的情況下，通過周期性函數(shù)對自相關函數(shù)進行調(diào)制。對于近似周期性格柵，隨著X增大，包絡線也衰減。在一維自相關函數(shù)的幫助下，能夠定義單個特征數(shù)字，S卩，自相關長度L。它是自相關函數(shù)的包絡線衰減到某一閾值的長度。對于當前目的，AC(X = O)的10%的閾值被證明是合適的。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，圖案包括具有表面浮雕微結(jié)構(gòu)的至少一個區(qū)域， 該區(qū)域在至少一個方向上具有平均化的一維自相關函數(shù)AC(X)，該自相關函數(shù)AC(X)的包絡線在自相關長度范圍內(nèi)在χ = 0處衰減到AC的10%，其中，自相關長度小于頂區(qū)域和底區(qū)域的相鄰過渡之間的平均橫向距離的三倍。對于各向異性表面調(diào)制，一個方向與各向異性軸垂直。較優(yōu)選的是這樣的表面浮雕微結(jié)構(gòu)其中，自相關長度小于頂區(qū)域和底區(qū)域的相鄰過渡之間的平均橫向距離的兩倍。更優(yōu)選的是這樣的表面浮雕微結(jié)構(gòu)其中，自相關長度小于頂區(qū)域和底區(qū)域的相鄰過渡之間的一個平均橫向距離。在另一個優(yōu)選實施例中，自相關長度(L)大于頂區(qū)域和底區(qū)域的相鄰過渡之間的平均橫向距離的百分之一。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，圖案包括具有不同方向的各向異性軸的各向異性微結(jié)構(gòu)的區(qū)域。由于根據(jù)特定局部取向反射或抑制給定方向上的光，所以能夠在根據(jù)本發(fā)明被制造為復制品的光學元件內(nèi)看見明暗像素的圖像。此外，當將這些元件傾斜或旋轉(zhuǎn)時，它們呈現(xiàn)出從正片(positive view)到負片(negative view)的顯著變化。這種圖案化的表面元件能夠由黑白以及灰度級圖像形成，并且例如能夠如下產(chǎn)生。在灰度級圖像的情況下，首先對圖像進行光柵化(raster)，這意味著圖像被分解成具有某一像素分辨率的明暗區(qū)，以便將灰度級圖像簡化到黑白圖像。于是，黑白圖像的暗區(qū)歸因于第一取向方向的各向異性散射區(qū)，明區(qū)歸因于具有不同取向方向(例如與第一取向方向垂直)的各向異性散射區(qū)。具有這樣布置的像素的圖案的元件在第一視角之下將顯現(xiàn)為正片，并且當裝置例如旋轉(zhuǎn)90°時該元件將反轉(zhuǎn)成負片?？商鎿Q地，可以用大量的灰度值對灰度級圖像進行數(shù)字化，從而將各個取向方向分配給每個數(shù)字化灰度值。代替數(shù)字化灰度值，能夠?qū)⑦B續(xù)灰度級轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的取向方向。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，圖案包括具有從底區(qū)域到頂區(qū)域以及從頂區(qū)域到底區(qū)域的過渡的表面調(diào)制的區(qū)域，其中，在表面區(qū)域的(第一)橫向方向上，(平均來講) 在每20微米范圍內(nèi)存在至少一個從頂區(qū)域到底區(qū)域或者從底區(qū)域到頂區(qū)域的過渡，另外， 優(yōu)選地，在與第一方向垂直的表面區(qū)域的第二橫向方向上，平均來講，在每200微米范圍內(nèi)存在至少一個從頂區(qū)域到底區(qū)域或者從底區(qū)域到頂區(qū)域的過渡。在一個優(yōu)選實施例中，圖案包括這樣的區(qū)域其中，在第一橫向方向上，從頂區(qū)域到底區(qū)域或者從底區(qū)域到頂區(qū)域的相鄰過渡之間的平均橫向距離位于從0. 5微米到10微米的范圍內(nèi)。有利的是，平均橫向距離位于從0.5微米到5微米的范圍內(nèi)。有利的是，在與第一橫向方向垂直的第二橫向方向上，從頂部區(qū)到底部區(qū)的過渡之間的平均距離小于100 微米，更有利的是小于50微米。為了描述各向異性表面浮雕結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的情形中，術語“表面浮雕縱橫比 (SRAR) ”被定義為各向異性表面浮雕圖案的平均長寬比。SRAR在很大程度上決定在表面浮雕微結(jié)構(gòu)處散射的光的方位光學外觀。對于SRAR= 1(即，對應于在至少兩個橫向方向上平均呈現(xiàn)出相同擴展的表面浮雕圖案)，入射光的散射性質(zhì)幾乎與光的入射方位角無關。因此，當將包含表面浮雕微結(jié)構(gòu)的元件沿與元件的表面垂直的軸旋轉(zhuǎn)時，從具有SRAR = 1的浮雕微結(jié)構(gòu)的表面反射的光的強度幾乎不變。對于各向異性浮雕結(jié)構(gòu)(這意味著SRAR >1)，反射光的強度取決于光的入射方位角。為了能夠視覺上識別對入射方位角的這種依賴性，SRAR應該大于1.1。為了增加具有不同各向異性軸的表面浮雕結(jié)構(gòu)的圖案的圖像設置的可見對比度，大于2的SRAR值是優(yōu)選的。更加優(yōu)選的是大于5的SRAR值。對于非常大的SRAR值，巨量光被散射進入的方位角的范圍變得較小，這使得更加難于識別來自由表面浮雕圖案構(gòu)成的圖像的反射光。因此，優(yōu)選地，存在至少一個SRAR小于50 (更優(yōu)選地，SRAR小于20)的區(qū)域。在本發(fā)明的情形中，術語“表面浮雕填充因子”被定義為頂部區(qū)的總面積與在所有的頂部區(qū)和所有的底部區(qū)上的積分面積的比率。優(yōu)選地，存在至少一個表面浮雕填充因子位于0. 050到0. 95的范圍內(nèi)(較優(yōu)選地，在0. 2到0. 8的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，在0. 3到0. 7 范圍內(nèi))的區(qū)域。如果使用兩步驟蝕刻工藝(其中，在第一步驟中僅僅對第一層進行蝕刻，并且第二蝕刻步驟僅僅影響第二層)來將表面浮雕微結(jié)構(gòu)從第一層復制到第二層，則復制過程將對第一層的深度輪廓進行數(shù)字化。原因在于，僅僅在第一層中被清除的那些部分中進行第二層的蝕刻。由于第二層中的蝕刻速度在這些部分的每個部分中都相同，所以復制到第二層中的結(jié)構(gòu)的深度幾乎在各處都相同。這樣產(chǎn)生主要具有兩個平臺(即，頂平臺和底平臺) 的微結(jié)構(gòu)。如果在不同區(qū)域內(nèi)以不同深度產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)，則可以存在不同的平臺。在本發(fā)明的情形中，平臺應該被定義為微結(jié)構(gòu)內(nèi)的結(jié)構(gòu)的高度變化小于該結(jié)構(gòu)的平均深度的20%的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，復制到第二層中的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的頂部區(qū) (峰)形成基本上位于相同的上高度水平的上平臺，并且復制到第二層中的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的底部區(qū)(谷)形成基本上位于相同的下高度水平的下平臺，從而使得浮雕調(diào)制深度在整個表面區(qū)域上基本相等?；鞠嗤纳细叨人胶拖赂叨人綉撌侵?，上平臺和下平臺的高度變化小于表面浮雕微結(jié)構(gòu)的平均深度的20%，優(yōu)選地小于表面浮雕微結(jié)構(gòu)的平均深度的10%，更優(yōu)選地，小于表面浮雕微結(jié)構(gòu)的平均深度的5%。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包括使用母版被制造為復制品的圖案化浮雕微結(jié)構(gòu)的光學元件。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的光學元件至少部分是反射性的。由此，根據(jù)本發(fā)明的光學元件優(yōu)選地包括使用例如金、銀、銅、鋁、鉻或顏料的材料的反射或部分反射層。可以進一步對反射或部分反射層進行結(jié)構(gòu)化，從而使得它們僅僅覆蓋光學元件的一部分。例如，這能夠通過層的結(jié)構(gòu)化沉積或者通過局部去金屬化來實現(xiàn)。還能夠通過向具有不同折射率的金屬的過渡來產(chǎn)生反射。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明的光學元件的微結(jié)構(gòu)的表面被介電材料覆蓋。高折射率材料的例子是aiS、a^e、IT0或Ti02。包括高折射率材料的納米顆粒的復合材料也是合適的。覆蓋介質(zhì)對于某些顏色也可以是吸收性的，以改變裝置的顏色外觀。尤其對于安全應用，根據(jù)本發(fā)明的光學元件的表面浮雕微結(jié)構(gòu)可以被密封，以保護元件免受機械沖擊、污染，并且防止未經(jīng)授權(quán)和非法制造這些元件的復制品。因此，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的光學元件在微結(jié)構(gòu)的頂部上包括介電層。適當?shù)谋Ｗo和鈍化膜是透明介電材料，可任選地，該透明介電材料可以是有色的。由于圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的光學元件根據(jù)局部微結(jié)構(gòu)不同地、 局部地透射和/或反射光。因此，當用光進行照射時，微結(jié)構(gòu)圖案能夠被看見為不同透射和 /或反射強度的圖案。根據(jù)微結(jié)構(gòu)的類型，光學外觀與入射光的角度和/或觀察角度存在強烈的依賴性。根據(jù)微結(jié)構(gòu)的深度可以產(chǎn)生干涉顏色。例如，可以獲得寬泛的色調(diào)，例如，從較低調(diào)制到較深調(diào)制的色調(diào)，即，黃色、橙色、玫瑰色、紫羅蘭色、藍色和綠色。對于更深結(jié)構(gòu)，能夠出現(xiàn)更高階顏色。干涉顏色通常顯示顯著的角度依賴性。在某些角度之下將會看見這些顏色，而對于其它角度這些顏色會變化或消失。由此，圖案被識別為有色圖案，該有色圖案的顏色取決于觀察角度和/或光的入射角度。根據(jù)本發(fā)明的光學元件還可以包括其它安全特征。它們中的一些已經(jīng)存在于用于制造這些元件的母版中。這些特征例如是全息圖或活動圖?？梢栽诟郊庸に囍泻?或在附加層中添加其它安全特征(將會是第一、第二或第三等級安全特征)。附加特征可以是永久性可見的，而不會產(chǎn)生特定的光學效應。優(yōu)選地，額外增加的特征顯示例如通過全息圖或活動圖或者通過膽留型或干涉層再次實現(xiàn)的視角依賴性。在更優(yōu)選的實施例中，添加不使用觀察工具不能夠檢測到的第二等級安全特征。例如，通過熒光或通過雙折射材料引入這種特征。特別優(yōu)選的是包括不同延遲或光軸取向的區(qū)域的雙折射層。僅僅通過采用偏振光進行觀察(例如，使用偏振片)才可以看見保存在這種雙折射層中的安全特征。根據(jù)本發(fā)明制造的光學元件能夠應用于涉及光強的空間調(diào)制的不同應用中。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的光學元件用作安全裝置中的安全元件。具體地講，這種安全裝置應用于或者并入到文檔、護照、許可證、股票和債券、息票、支票、證書、信用卡、鈔票、票據(jù)等，以防止偽造和纂改。這些安全裝置還能夠被用作或者并入到商標或產(chǎn)品保護裝置或者用于包裝的部件(例如，包裝紙、包裝盒、信封等)中。有利的是，安全裝置可以采取標簽、安全條、簽條、 纖維、線、疊層體或小片(patch)等的形式?；诟叨戎狈綀D的評價函數(shù)(merit function)可有助于表征顯著的表面浮雕平臺。可能的評價函數(shù)M如下評價函數(shù)M利用峰值寬度和浮雕調(diào)制深度的關系。頂部區(qū)和底部區(qū)在其平臺周圍的偏離的范圍應該位于浮雕調(diào)制深度的某一定義的比例范圍內(nèi)。Δχ 和Δχ2是在全峰值高度的高度Ι/e處測量的兩個直方圖峰值的寬度，其中，e是自然對數(shù)的底數(shù)(e 2. 72)， d是兩個峰值之間的距離(對應于平均平臺到平臺距離或者浮雕調(diào)制深度)。用于本發(fā)明的方法中的表面浮雕微結(jié)構(gòu)優(yōu)選地具有大于2的評價函數(shù)M。更優(yōu)選地，M大于3. 5。


圖1. 1圖示各向同性結(jié)構(gòu)表面處的光反射。圖1. 2與圖1. 1類似，但是圖示來自各向異性散射表面處的反射的特征輸出光分布。圖2圖示具有不同的各向異性方向取向的像素。圖3示出在第二材料層的頂部上包括表面浮雕微結(jié)構(gòu)的初始層，該初始層足夠厚以用作基底。圖4示出在第二材料層的頂部上包括表面浮雕微結(jié)構(gòu)的初始層，該初始層是基底上的薄層。圖5. 1到圖5. 5圖示從第一層到第二層的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的復制過程。圖5. 6圖示復制的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的金屬化工藝。圖6圖示在表面浮雕微結(jié)構(gòu)的復制品中產(chǎn)生具有不同微結(jié)構(gòu)深度的區(qū)域的工藝步驟。圖7圖示通過電鍍(電鎳金屬膜生長，galvanic Nickel metal film growth)復制母版。圖8圖示母版Ni墊片的分離過程。圖8.1圖示在電鍍步驟完成以后的結(jié)構(gòu)。圖8. 2圖示從M墊片分離母版的分離過程。圖9圖示用于制造鎳墊片或箔的電鑄和重新組合過程。圖10圖示最終元件的復制和批量生產(chǎn)。圖10. 1圖示熱壓花過程，圖10. 2圖示UV 澆鑄和/或壓花過程。
具體實施例方式包括表面浮雕微結(jié)構(gòu)的第一材料通常以薄層的形式沉積在第二材料的頂部上。這在圖3中被圖示，其中，包括表面浮雕微結(jié)構(gòu)的第一材料由層21表示，第二材料由層22表示。層22可以采取基底的形式(如圖3所示)，或者它自身可以作為一層沉積在基底23上 (如圖4所示)。這些層的以上描述與根據(jù)本發(fā)明的層的功能有關。然而，這些層中的每個可以包括多個子層，例如，以改善粘附性，并且/或者，每個材料可以是復合材料，例如，以修改材料性質(zhì)或者支持表面浮雕微結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。特別地，層21可以包括用于限定各向異性表面浮雕微結(jié)構(gòu)的取向方向的配向?qū)雍?或增粘層。使用一個或多個干法或濕法蝕刻工藝步驟將表面浮雕微結(jié)構(gòu)從第一材料復制到第二材料。能夠通過各種工藝參數(shù)和材料性質(zhì)來控制微結(jié)構(gòu)的深度。優(yōu)選的干法蝕刻工藝是等離子體蝕刻。用于等離子體蝕刻的優(yōu)選氣體是氧氣、氬氣、氯氣、三氯化硼和碳氟化合物。原則上，任何類型的材料(例如，玻璃、塑料、金屬、陶瓷、硅、熔融石英)能夠用于基底23。為了選擇基底材料，必須考慮特定工藝條件(例如，使用特定溶劑、加熱過程等)， 這是因為工藝條件可以影響某些基底材料性質(zhì)。基底可以包括特殊涂層以增加抗關鍵工藝參數(shù)的能力，特別是增加抗溶劑的能力。任何類型的材料(例如，玻璃、塑料、金屬、陶瓷、硅、熔融石英等)能夠用于層22。 如果層22作為薄層用于基底23上，則只能夠使用可以用作薄層的材料。優(yōu)選地，層22是金屬。優(yōu)選的金屬是鋁、銀、鉻和銅。然而，通過考慮特定工藝條件，尤其是關于各個蝕刻步驟中的蝕刻速度，選擇用于層22的材料。在一個優(yōu)選實施例中，層22的厚度大于60nm。更加優(yōu)選的是，層22的厚度大于90nm。層21通常包括能夠被涂敷或蒸發(fā)的材料。優(yōu)選地，層21包括聚合材料和/或交聯(lián)材料。優(yōu)選地，至少一個蝕刻步驟中的蝕刻速度在第一材料(層21)和第二材料(層22) 中不同。蝕刻速度取決于例如用于層21和層22中的材料的性質(zhì)的參數(shù)，取決于蝕刻類型 (可以是干法或濕法)，在濕法蝕刻工藝的情況下取決于蝕刻溶液的類型和溫度，并且，在干法蝕刻工藝的情況下取決于使用的氣體的類型和能量。已知有多種不同的用于在層21的頂部上產(chǎn)生表面浮雕微結(jié)構(gòu)的方法，例如，共聚物中自組織或去濕，通過用激光束進行照射從表面局部地去除材料，通過原子力顯微鏡 (AFM)的尖端(tip)刮擦層21的表面以產(chǎn)生槽，對例如鋁或硅的金屬或半導體進行電解蝕刻，用電子束進行書寫，產(chǎn)生MC層，使用表面浮雕圖案作為壓花工具來進行壓花，在包括預聚合體的層的表面上進行局部聚合或交聯(lián)，以及隨后從沒有發(fā)生聚合或交聯(lián)的區(qū)域去除預聚合物。還可以將以上方法中的幾種進行組合來產(chǎn)生表面浮雕微結(jié)構(gòu)。這特別適用于局部不同的微結(jié)構(gòu)性質(zhì)(例如，微結(jié)構(gòu)的深度和橫向幾何結(jié)構(gòu))的圖案的產(chǎn)生。還可以產(chǎn)生具有各向異性微結(jié)構(gòu)的圖案。例如，可以通過壓花來產(chǎn)生具有第一各向異性軸的第一各向異性表面浮雕微結(jié)構(gòu)。然后，可以通過用AFM的尖端進行刮擦在各個區(qū)域中產(chǎn)生例如具有不同的各向異性軸或不同的周期性的第二微結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生具有局部不同的性質(zhì)的微結(jié)構(gòu)的圖案。微結(jié)構(gòu)可以是各向同性或各向異性的。還可能的是，在某些區(qū)域中微結(jié)構(gòu)是各向同性的，而在其它區(qū)域中微結(jié)構(gòu)是各向異性的。微結(jié)構(gòu)可以是周期性的或者非周期性的或者二者的組合。還可能的是，微結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不同周期性的結(jié)構(gòu)的疊加。產(chǎn)生表面浮雕微結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方法利用可交聯(lián)和不可交聯(lián)材料的混合物的相分離和交聯(lián)(MC技術)。通過下述方式來獲得表面微結(jié)構(gòu)制造至少一種是可交聯(lián)的而至少另一種是不可交聯(lián)的至少兩種材料的混合物，將該混合物施加于基底，至少使可交聯(lián)材料的大部分交聯(lián)，并且至少去除不可交聯(lián)材料的大部分。對于應該是各向異性的微結(jié)構(gòu)，在交聯(lián)期間，例如，通過下面的取向?qū)踊蛉∠蚧妆砻?，能夠?qū)⒖山宦?lián)材料保持在取向狀態(tài)。在這種情況下，層21包括至少兩個子層。在優(yōu)選的方法中，層21的制造包括如下步驟涂敷薄的光配向膜，通過將光配向膜的各個區(qū)域暴露于不同偏振方向的線性偏振UV光來產(chǎn)生取向圖案，在光配向膜的頂部上涂敷可交聯(lián)和不可交聯(lián)的液晶材料的共混物，以及例如使用適當?shù)娜軇┤コ墙宦?lián)的材料。另一種更加優(yōu)選的方法還包括如下步驟在涂敷薄的光配向膜之前涂敷增粘層。優(yōu)選的是，通過暴露于光化光來進行液晶共混物的交聯(lián)。該交聯(lián)過程促進液晶預聚物的相分離和交聯(lián)。例如，在國際專利申請Μ)-Α-01Λ9148中公開了微起皺薄膜的基本原理和光學行為。根據(jù)本發(fā)明，復制表面浮雕微結(jié)構(gòu)的方法涉及這樣一個步驟在該步驟中，通過濕法或干法蝕刻降低包括表面浮雕微結(jié)構(gòu)的層21的厚度，直到起皺表面的下部區(qū)沈中的層 21的材料被清除，并且下面的層22的部分27被露出。這對應于從圖5. 2到圖5. 3的步驟。 優(yōu)選的是，選擇層21和22的材料以及蝕刻條件，使得在這個工藝步驟中層21中的蝕刻速度至少是層22中的兩倍。更優(yōu)選地，蝕刻條件是這樣，即，在這個步驟中幾乎不蝕刻層22。 結(jié)果，層22僅僅部分地由初始層21中的微結(jié)構(gòu)的上部區(qū)21b的材料覆蓋。在下一步驟中，利用干法蝕刻或濕法蝕刻通過層21的露出部分27對層22進行蝕刻。通過這個過程，微結(jié)構(gòu)化的孔或槽M與膜21的微結(jié)構(gòu)的下部區(qū)對應地被蝕刻到層22 中。如圖5. 4所示，在與膜21的微結(jié)構(gòu)的上部區(qū)對應的區(qū)域中保留材料22b。因此，通過這個過程，層21的微結(jié)構(gòu)被復制到層22中。優(yōu)選地，選擇層21和層22的材料以及蝕刻條件，使得在這個工藝步驟中層22中的蝕刻速度至少是層21中的兩倍。更優(yōu)選地，蝕刻條件是這樣，即，在這個步驟中幾乎不蝕刻層21的材料。在層22是基底23上的薄層的情況下， 能夠選擇蝕刻時間，使得露出部分中的所有金屬被蝕刻掉。在這種情況下，在整個表面上在層22中實現(xiàn)了良好成形的相同深度的微結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，可替換地，能夠使用單個蝕刻步驟，其中，層21和層22的材料同時被蝕刻。在這種情況下，優(yōu)選的是，選擇層21和層22的材料以及蝕刻條件，使得層22中的蝕刻速度高于層21中的蝕刻速度。較優(yōu)選地，層22中的蝕刻速度超過層21中的兩倍。更優(yōu)選地，層22中的蝕刻速度超過層21中的五倍。在這種單個蝕刻工藝中，已經(jīng)在與層21中的微結(jié)構(gòu)的下部區(qū)26 (槽、谷)對應的那些區(qū)域中開始了層22的蝕刻，同時層21的蝕刻繼續(xù)。盡管這種過程可能需要更好地控制工藝參數(shù)，但是它降低了工藝步驟的數(shù)目并且還可以降低總處理時間。蝕刻到層22中的微結(jié)構(gòu)的深度取決于層22中的蝕刻時間和蝕刻速度。因此，可以通過控制蝕刻時間來調(diào)整微結(jié)構(gòu)的深度。優(yōu)選地，復制的微結(jié)構(gòu)的深度大于60nm，更優(yōu)選地，復制的微結(jié)構(gòu)的深度大于90nm。優(yōu)選地，復制的微結(jié)構(gòu)的深度小于1 μ m，更優(yōu)選地，復制的微結(jié)構(gòu)的深度小于 700nm。根據(jù)本發(fā)明，圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)可以包括不同深度的多個區(qū)域。結(jié)果，采用這種微結(jié)構(gòu)的光學元件顯現(xiàn)為局部不同的顏色或灰度級，此外，當在不同角度進行觀察時這些顏色或灰度級發(fā)生變化。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，復制的微結(jié)構(gòu)的深度在不同的區(qū)域不同。有多種在復制的微結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不同深度的區(qū)域的方法。這些方法原則上基于層22 的局部阻擋或延遲蝕刻。在第一實施例中，與層22的頂部與層21中的谷沈之間的平均距離對應的層21 的下部沈的平均厚度在不同區(qū)域中不同。圖6. 1示出了層21中的微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)包括具有離層22的頂部不同距離的微結(jié)構(gòu)谷^a、26b和^c的三個區(qū)域a、b和C。谷26a呈現(xiàn)離層22的距離最小，谷26c呈現(xiàn)離層22的距離最大。然后，控制降低層21的厚度的層21 的第一蝕刻步驟，從而使得區(qū)域a內(nèi)的僅僅低于谷^a的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的材料被蝕刻掉， 從而露出下面的第二層22的對應部分27a(圖6.幻。在后續(xù)的蝕刻步驟中，僅僅在這些部分27a中蝕刻層22 (圖6. 3)。為了將區(qū)域b的微結(jié)構(gòu)復制到層22中，重復蝕刻步驟，這意味著對層21再次進行蝕刻，以進一步降低它的厚度，直到低于表面浮雕微結(jié)構(gòu)的谷26b的材料被清除掉，并且露出下面的第二層22的部分27b (圖6. 4)。然后，再次蝕刻層22，其結(jié)果是，區(qū)域b的部分 27b中的蝕刻開始，同時區(qū)域a中的蝕刻繼續(xù)(圖6. 5)。在上述過程以后，在第三輪蝕刻中，低于谷26c的材料被蝕刻掉，從而在層22的另一個蝕刻步驟中，區(qū)域c的微結(jié)構(gòu)也能夠被蝕刻到層22中(圖6. 6)。在蝕刻區(qū)域c的同時，區(qū)域a和b的蝕刻繼續(xù)。最后，能夠去除層21的剩余部分。所得到的層22中的微結(jié)構(gòu)(圖6. 7)呈現(xiàn)復制的微結(jié)構(gòu)的深度不同的三個區(qū)域a、 b和c。由于層22中的槽的深度取決于用于各個蝕刻步驟的蝕刻條件(尤其是蝕刻時間)， 所以槽27a、27b和27c中的微結(jié)構(gòu)的深度不必與谷^a、26b和^c的高度比成線性關系。如圖6. 7中的微結(jié)構(gòu)導致不同區(qū)域的不同顏色或灰度級外觀、以及不同的光學角度性能。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，例如，在同一濕法蝕刻工藝步驟中，通過選擇層21和 22的材料以及蝕刻條件使得能夠在同一過程內(nèi)蝕刻這兩種材料，由單個蝕刻工藝步驟替代如上所述的多蝕刻工藝。優(yōu)選地，在層22中蝕刻速度較高。更優(yōu)選地，層22中的蝕刻速度超過層21中的兩倍。當開始蝕刻如圖6. 1中的微結(jié)構(gòu)時，在層22中開始蝕刻之前首先必須去除低于谷、^^和^c的材料。在圖6.1到圖6. 7的序列以后，繼續(xù)進行蝕刻。假設蝕刻速度隨著時間恒定不變，到層22中的蝕刻的延遲線性地取決于低于谷^a、26b和 26c的層21的厚度。因此，通過不同水平的26a、26b和26c來控制區(qū)域a、b和c中的不同深度。
在圖6中，僅僅為簡化圖示而在層21中選擇矩形形式的微結(jié)構(gòu)，并且，其不應該暗示對特定形狀的任何限制。層21中的微結(jié)構(gòu)的形式取決于用于產(chǎn)生它的方法并且可以是任何形狀。另外，層22中產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)可以存在具有不同深度的任何數(shù)目的區(qū)域。圖6中的三個區(qū)域只是例子。產(chǎn)生如圖6. 1所示的具有不同高度水平的谷的微結(jié)構(gòu)有多種不同方法。在產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)之前，例如，通過從均勻高度的層開始，制備不同高度水平。然后，通過局部地施加相同材料或另一種材料的薄層(例如，通過印制或真空沉積技術)，或者通過從層的頂部局部地去除材料(例如，通過干法或濕法蝕刻或激光消蝕)，可以產(chǎn)生厚度圖案化。還可以直接在不同區(qū)域中應用具有不同厚度的層21。在建立了不同高度水平以后，在層的頂部上產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)。還可以在存在微結(jié)構(gòu)以后例如通過局部地施加相同材料或另一種材料的薄層(例如，通過印制或真空沉積技術)或者通過降低不同區(qū)域中不同的層21的厚度(例如，通過使用干法蝕刻)制備不同高度水平的谷。還可以通過在具有均勻厚度的層中產(chǎn)生局部不同的深度的微結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)不同高度水平的谷。產(chǎn)生不同深度的微結(jié)構(gòu)的過程取決于產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的方法。例如，通過對已經(jīng)呈現(xiàn)不同深度的結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)進行壓花，通過AFM的尖端使用局部不同的力進行刮擦，通過使用激光消蝕施加不同的能量，或者通過應用局部不同的光強或光能量來使用MC技術以控制相分離，從而控制微結(jié)構(gòu)深度。在層22中產(chǎn)生不同深度的槽的可替換的實施例中，該過程從如圖5. 2所示的具有均勻高度水平的谷的層21中的微結(jié)構(gòu)開始，其中，在第一蝕刻步驟以后，如圖5. 3所示去除低于谷的材料。通過局部地施加適宜材料的薄層，能夠?qū)崿F(xiàn)如圖6. 2的結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)以上關于圖6的描述進一步對該結(jié)構(gòu)進行處理。代替局部地施加采取微結(jié)構(gòu)的形狀并且產(chǎn)出與圖6. 2類似的結(jié)構(gòu)的薄層，與層21 的材料不同的材料可以被施加于蝕刻的層21上的某些區(qū)域，甚至作為填充微結(jié)構(gòu)的槽并且不會再現(xiàn)它的形狀的較厚層，從而保護某些區(qū)域中的層22的露出部分27免受蝕刻。應該選擇用于保護某些區(qū)域的材料，從而使得它能夠例如通過溶劑選擇性進行去除而不會去除層21的材料。然后，僅僅在沒有被覆蓋的區(qū)域中執(zhí)行將微結(jié)構(gòu)蝕刻到層22中。在完全或者只在某些區(qū)域中去除保護材料以后，能夠繼續(xù)進行層22的蝕刻，從而層21的微結(jié)構(gòu)的附加區(qū)域被復制到層22中，同時在第一蝕刻步驟中復制的區(qū)域中的微結(jié)構(gòu)的深度增加。以上程序可以重復多次，以便在層22中產(chǎn)生大量的呈現(xiàn)不同深度的微結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域。在用于產(chǎn)生不同深度的槽的另一種方法中，在施加層21之前，例如，通過標準印制技術(例如，噴墨印制)或者通過真空沉積，在層22的頂部上施加適宜材料的薄層的圖案。所得到的結(jié)構(gòu)對應于圖6.1的結(jié)構(gòu)，其中，在區(qū)域b和c中，層21的下部包括作為(一個或多個)子層的(一個或多個)額外層。然后，在以上關于圖6描述的步驟之后進行附加工藝步驟。在將微結(jié)構(gòu)蝕刻到層22中的步驟以后，可以用合適的溶劑或溶液或者通過其它手段(例如，等離子體清洗等)去掉層21的剩余部分(圖5. 5)。從層21復制的層22中的微結(jié)構(gòu)能夠用作用于制造復制品的母版，并且也稱作原始母版。根據(jù)本發(fā)明，通過將母版的微結(jié)構(gòu)與另一種材料(復制品材料)進行接觸來制造母版的復制品，從而使得由于與復制品材料的接觸而導致在復制品材料中以反向的表面浮雕輪廓再現(xiàn)母版的表面浮雕微結(jié)構(gòu)。復制品材料可以是聚合物、可交聯(lián)的單體和金屬(例如，鎳、鉻、鋁等)?？梢酝ㄟ^例如涂敷、印制、浸漬、蒸發(fā)、濺射、澆鑄、非電鍍或電鍍的方法將復制品材料施加于微結(jié)構(gòu)。在通過電鍍施加復制品材料的情況下，可能需要首先在微結(jié)構(gòu)的頂部上沉積薄金屬層(例如，銀、鉻、金、銅、鋁等)，從而實現(xiàn)良好的電導率(圖5.6)。代替對母版施加復制品材料，能夠使用母版作為壓花工具來通過已知方法將表面浮雕微結(jié)構(gòu)壓入復制品材料。復制品材料可以是聚合物、可交聯(lián)的單體、金屬(例如，鎳、鉻、鋁等)。在復制過程完成以后，將復制品與母版分離。復制品能夠用作光學元件，或者自身能夠用作用于制造復制品的母版(子母版)。盡管原始母版的復制品相對于原始母版呈現(xiàn)出反向的表面浮雕輪廓，但是復制品的復制品顯示與原始母版相同的表面浮雕輪廓。根據(jù)復制過程的類型和應用的工藝條件，復制的微結(jié)構(gòu)的深度可以小于該微結(jié)構(gòu)由其復制的母版的深度。優(yōu)選地，復制的微結(jié)構(gòu)的深度大于母版的微結(jié)構(gòu)的相應部分的深度的70%，較優(yōu)選地，大于母版的微結(jié)構(gòu)的相應部分的深度的80 %，更優(yōu)選地，大于母版的微結(jié)構(gòu)的相應部分的深度的90%。在本發(fā)明的優(yōu)選方法中，通過電鍍形成原始母版的復制品。通常，鎳用作復制品材料。所得到的復制品稱作鎳墊片。原始母版以及子母版能夠多次被使用以制造復制品。能夠按照與針對原始母版的上述方式相同的方式制造復制品的復制品。通常，針對例如用作光學元件的復制品的批量生產(chǎn)，使用輥對輥生產(chǎn)設備(roll to roll production apparatus)。例如，涂敷有丙烯酸涂層的聚酯膜或其它類似材料移動通過該設備。在劇烈的熱和壓力之下，該墊片將表面浮雕微結(jié)構(gòu)推到膜上(圖10. 1)。然后，將壓花的膜再次纏繞在輥上。作為對壓花的替代，能夠使用UV澆鑄方法。UV澆鑄特別適用于制造深微結(jié)構(gòu)和/ 或非常穩(wěn)定的OVD裝置(圖10. 1)。根據(jù)最終裝置的規(guī)格，能夠使用幾種類型的基底(金屬化的、半金屬化的或者具有或不具有傳熱功能的透明的基底)。對于一些應用，優(yōu)選的是，在壓花或UV澆鑄以后施加金屬層。在這種情況下，能夠通過真空沉積將金屬層沉積在微結(jié)構(gòu)上?？蛇x擇的是，能夠?qū)⒘硪粋€漆涂層施加于膜，例如，以產(chǎn)生能夠用墨進行印制的表面。例子1圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的將表面浮雕微結(jié)構(gòu)復制到金屬層的的復制過程。使用標準涂敷技術(例如，蒸發(fā)或濺射)，使玻璃或塑料基底23涂敷有IOOnm厚的鋁金屬層22。在金屬層22上，使用光配向?qū)痈鶕?jù)上文描述的在Μ)-Α-01Λ9148中公開的MC技術過程產(chǎn)生呈現(xiàn)表面浮雕微結(jié)構(gòu)的層21(圖5. 2)，然后，利用鉻光掩模將其在不同區(qū)域中暴露于具有不同偏振方向的UV光，由此形成取向圖案。然后對層21進行等離子體蝕刻，直到在微結(jié)構(gòu)的下部區(qū)沈的位置處露出下面的鋁層的部分(圖5.幻。根據(jù)層21的材料的性質(zhì)，能夠使用標準氧和/或氬等離子體執(zhí)行這種處理。結(jié)果，層21的厚度被降低，并且，鋁層22僅僅部分地被初始層21中的微結(jié)構(gòu)的上部區(qū)21b的材料覆蓋。在下一步驟中，使用適當?shù)奈g刻溶液對部分地露出的鋁層22進行濕法蝕刻。通過這個過程，將微結(jié)構(gòu)化的孔或槽M與層21的微結(jié)構(gòu)的下部區(qū)沈相對應地蝕刻到鋁層22 中。在與層21的微結(jié)構(gòu)的上部區(qū)對應的區(qū)域中保留鋁22b。因此，這個過程將層21的微結(jié)構(gòu)已經(jīng)復制到鋁層22中。然后，這個微結(jié)構(gòu)用作用于進一步處理的原始結(jié)構(gòu)。例如，能夠通過蝕刻時間與蝕刻溶液的溫度的組合來控制并調(diào)整層22中的微結(jié)構(gòu)的深度。能夠選擇蝕刻時間以使得露出部分中的所有金屬被蝕刻掉。在這種情況下，能夠在整個表面上在層 22中形成良好成形的相同深度的微結(jié)構(gòu)。可選擇的是，能夠使用上述的等離子體蝕刻工藝徹底地去除上部區(qū)21b的剩余材料(參見圖5. 5)。在下一步驟中，通過將薄銀層25濺射在微結(jié)構(gòu)22b上來進一步處理獲得的微結(jié)構(gòu)化的鋁層，從而實現(xiàn)良好導電率。典型的厚度大約是80nm或更高。然后，將獲得的導電母版安裝到框架中，并且將該導電母版與鎳的供應源一起放入容器(tank)內(nèi)(圖7)。將金屬層25連接到DC電源以產(chǎn)生電流，這使得對微結(jié)構(gòu)進行鎳電鍍。對電流強度和持續(xù)時間進行調(diào)整以獲得所需的鎳層厚度。取決于鎳層的期望厚度， 這個過程能夠花費幾十分鐘到幾小時(例如，參見Bernard Gaida的書籍，“htroduction to the Galvanic technique” 2008. ISBN 978-3-87480-240-0)。然后，從容器去除基底上具有電鍍微結(jié)構(gòu)的框架，并且用去電離水對該框架進行沖洗。從母版板去除金屬母版墊片，即，薄鎳涂層(圖8)。這個墊片包括原始結(jié)構(gòu)中的原始表面浮雕微結(jié)構(gòu)的負(反向)結(jié)構(gòu)。已經(jīng)通過實驗發(fā)現(xiàn)由于鎳墊片和母版易于分離，所以相同母版可以使用多次以制備鎳墊片。使用相同過程，產(chǎn)生幾個墊片。從金屬母版墊片產(chǎn)生的那些墊片稱為“祖母輩墊片”。“祖母輩墊片”包含原始結(jié)構(gòu)的正向圖像。此時，能夠在一個墊片上在多行中復制原始圖像的各種復制品(參見圖9)，并且各種復制品用來通過單個壓印來印制多個復制品(重新組合)。通過各種名稱(例如，“母墊片”、“子墊片”和“壓模墊片”)來獲知墊片的連續(xù)產(chǎn)生。這些墊片的產(chǎn)生在原始結(jié)構(gòu)的負向圖像與正向圖像之間進行交替。當進行實際制造時使用壓模墊片(或者制造墊片)來印制最終元件，并且這些墊片是負向圖像。例子2與例子1不同的是，如圖3所示，在金屬基底的頂部上產(chǎn)生包括表面浮雕微結(jié)構(gòu)的層21。用于層21的產(chǎn)生和蝕刻的參數(shù)與例子1中的相同。與例子1不同的是，層22的蝕刻工藝不會自動停止，這是因為基底22的厚度大于例子1中的層22的厚度。根據(jù)使用的基底，能夠使用幾種蝕刻方式，例如，使用適當?shù)娜芤旱臐穹ㄎg刻，或者使用適當?shù)臍怏w的干法蝕刻。例如，使用標準方法來清洗和蝕刻硅。(可選擇的是)，基于HF的溶液能夠用于去除氧化物(自然的氧化物層或者被涂敷的氧化物層)，然后在DI水中進行強烈沖洗。在下一步驟中，例如，通過使用KOH作為蝕刻溶液，執(zhí)行各向異性或各向同性蝕刻，以實現(xiàn)所需的微結(jié)構(gòu)深度。例如，能夠通過蝕刻時間與蝕刻溶液的溫度的組合來控制并調(diào)整層22中的微結(jié)構(gòu)的深度。在按照預期深度將表面浮雕微結(jié)構(gòu)從層21復制到基底層22以后，進一步的工藝步驟與例子1中的相同。例子3
將包括表面浮雕微結(jié)構(gòu)的層21施加于硅片的頂部上，該硅片先前被涂敷有硅烷衍生物的薄層作為增粘劑。在7分鐘內(nèi)通過具有250毫升/分鐘的氧氣流量的氧氣等離子體和160W的功率以干法蝕刻執(zhí)行層21的蝕刻。在對層22進行蝕刻以前，在基于HF的緩沖水溶液中去除基底22的頂部上的氧化物層，隨后用去電離水進行強烈沖洗。在下一步驟中，在3. 5分鐘內(nèi)在50°C的溫度在40重量％氫氧化鉀(KOH)的蝕刻水溶液內(nèi)將微結(jié)構(gòu)蝕刻到基底22中。使用AFM測量層22中的微結(jié)構(gòu)的所得到的深度，其為500nm。通過視覺觀察，復制的微結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的硅片(層22)顯現(xiàn)為綠色，而當從另一個角度進行觀察時它顯現(xiàn)為黃色。最后，在8分鐘內(nèi)通過具有250毫升/分鐘的氣體流量的氧氣等離子體和160W的功率徹底地去除上部區(qū)21b的剩余材料(圖5. 5)。例子 4在聚合物膜中復制例子3的獲得的微結(jié)構(gòu)層。將多丙烯酸脂化合物的混合物旋涂在例子3中產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)表面的頂部上。隨后，在室溫下通過暴露于UV-A光對涂敷的丙烯酸酯層進行交聯(lián)。然后從硅片去除所得到的聚合物膜。通過對膜進行視覺觀察，與硅片微結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)接觸的區(qū)域在第一角度下顯現(xiàn)為綠色，而當從另一個角度進行觀察時它顯現(xiàn)為黃色。因此，在聚合物膜中復制了硅片的微結(jié)構(gòu)。通過AFM測量微結(jié)構(gòu)的深度，所得到的值為500nm。
權(quán)利要求
1.一種復制圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟在第二層0 的頂部上產(chǎn)生具有圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的第一層(21)，第一層包括第一材料，并且第二層包括第二材料；通過將第一層的微結(jié)構(gòu)復制到第二層中來產(chǎn)生母版，從而至少包含一個干法或濕法蝕刻步驟，其特征在于，該方法還包括附加步驟，在該附加步驟中，使母版的微結(jié)構(gòu)與復制品材料進行接觸，從而使母版的微結(jié)構(gòu)在復制品材料中被再現(xiàn)，與母版的表面浮雕輪廓相比，該復制品材料具有反向的表面浮雕輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在蝕刻步驟之一中，第一層的厚度被降低，直到表面浮雕微結(jié)構(gòu)的下部區(qū)06)中的材料被清除，并且下面的第二層02)的部分(XT)被露出ο
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，復制的微結(jié)構(gòu)的深度大于原始微結(jié)構(gòu)的深度。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，復制的微結(jié)構(gòu)的深度在不同區(qū)域內(nèi)不同。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，存在包括各向異性微結(jié)構(gòu)的圖案的至少一個區(qū)域。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，圖案包括微結(jié)構(gòu)是非周期性的至少一個區(qū)域。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，存在表面浮雕縱橫比(SRAR)小于50的至少一個區(qū)域。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，存在表面浮雕填充因子位于 0. 2到0. 8的范圍內(nèi)的至少一個區(qū)域。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，通過MC技術產(chǎn)生圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，圖案包括具有從底部區(qū)到頂部區(qū)和從頂部區(qū)到底部區(qū)的過渡的表面調(diào)制的區(qū)域，其中，在表面區(qū)域的(第一)橫向方向上，(平均來講)在每20微米內(nèi)存在從頂部區(qū)到底部區(qū)或者從底部區(qū)到頂部區(qū)的至少一個過渡，此外優(yōu)選的是，在與第一方向垂直的表面區(qū)域的第二橫向方向上，平均來講，在每200 微米內(nèi)存在從頂部區(qū)到底部區(qū)或者從底部區(qū)到頂部區(qū)的至少一個過渡。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于還包括附加步驟，在該附加步驟中，使用復制品作為子母版，通過將子母版與復制品材料進行接觸來復制圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)，從而使子母版的微結(jié)構(gòu)在復制品材料中被再現(xiàn)，與子母版的表面浮雕輪廓相比，該復制品材料具有反向的表面浮雕輪廓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，使用較高階復制品作為子母版。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，在將母版(子母版)的微結(jié)構(gòu)與復制品材料進行接觸之前，將薄金屬層施加于微結(jié)構(gòu)的頂部上。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，通過涂敷、印制、浸漬、 蒸發(fā)、濺射、澆鑄、非電鍍或電鍍之一向微結(jié)構(gòu)施加復制品材料。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，表面浮雕微結(jié)構(gòu)被壓入復制品材料。
16.使用根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法制造的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的復制品作為用于進一步復制的母版。
17.包括根據(jù)權(quán)利要求1到15中的任意一項所述的方法制造為復制品的圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的光學元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學元件，其特征在于，所述元件至少部分地是反射性的。
19.根據(jù)權(quán)利要求17到18中的任意一項所述的光學元件，其特征在于，所述光學元件在表面浮雕微結(jié)構(gòu)的頂部上包括介電層。
20.包括根據(jù)權(quán)利要求17到19中的任意一項所述的光學元件的光學安全裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于復制圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟產(chǎn)生具有圖案化的表面浮雕微結(jié)構(gòu)的第一層；通過將第一層的微結(jié)構(gòu)復制到第二層中來產(chǎn)生母版，從而涉及至少一個干法或濕法蝕刻步驟，其特征在于，該方法還包括附加步驟，在該附加步驟中，使母版的微結(jié)構(gòu)與復制品材料進行接觸，從而使母版的微結(jié)構(gòu)在復制品材料中被再現(xiàn)。本發(fā)明還涉及根據(jù)該方法被制造為復制品的元件。表面浮雕微結(jié)構(gòu)適于顯示具有正向-負向和/或彩色圖像翻轉(zhuǎn)的圖像。根據(jù)本發(fā)明的元件特別適用于保護文檔和制品以免受偽造和纂改。
文檔編號G02B5/18GK102326102SQ201080008146
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者H·塞伯勒, J·馬特茲, M·伊本-哈吉, W·沃奈特 申請人:羅利克有限公司