專利名稱：實(shí)現(xiàn)3d浮動(dòng)圖像的制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及3D成像，更具體地，涉及ー種能夠用于實(shí)現(xiàn)3D浮動(dòng)圖像的制品和制造方法。
背景技術(shù)：
激光3D浮動(dòng)圖像是由3M開發(fā)的ー項(xiàng)獨(dú)特技木。它是利用輻射能量在具有微透鏡陣列的膜結(jié)構(gòu)中記錄立體浮動(dòng)圖案的ー種技木。目前，該項(xiàng)技術(shù)使用得較多的兩種材料是通過微復(fù)制エ藝制作的微透鏡陣列薄膜，以及包含玻璃微球的反光膜(以3M公司的Scotchlite 產(chǎn)品系列和Confirm 產(chǎn)品系列為典型代表)。這些材料中的微透鏡陣列和玻璃微球是3D成像的關(guān)鍵光學(xué)部件。通過微 復(fù)制エ藝形成的微透鏡陣列可用于通過物質(zhì)轉(zhuǎn)移エ藝制作彩色浮動(dòng)圖像。用于制作浮動(dòng)圖像的反光膜材料通常至少包含ー層玻璃微球以及一層通過真空蒸鍍エ藝制作的金屬、金屬氧化物、或金屬硫化物等材料層，該材料層一般具有反光作用。例如，專利US6，288，842B1描述了ー種“暴露透鏡”型的微透鏡薄片，其包括了部分嵌入粘合層(一般是聚合物材料)的單層透明微球體，對(duì)于用于在材料層中成像的幅射波長和用于觀察合成圖像的光波長兩者，這些微球體都是透明的。而且，材料層沉積在各個(gè)微球體的后表面，且典型地只與各個(gè)微球體的一部分表面接觸。在美國專利US2，326，634中更詳細(xì)地描述了這類薄片，其代表性產(chǎn)品是3M公司的SCotChlite8910系列反射結(jié)構(gòu)。專利US6，288，842B1描述的另一種合適的微透鏡薄片是“嵌入式透鏡”型薄片，其中，微球體透鏡被嵌入在透明的保護(hù)外涂層中，該涂層典型地為聚合物材料。而材料層則被沉積在微球體后面的透明襯墊層的背后，其中該透明襯墊層也由聚合物材料組成。在美國專利US3，801, 183中詳細(xì)描述了這類薄片，其代表性產(chǎn)品是3M的Scotchlite3870系列高強(qiáng)度等級(jí)反光薄片。在這些材料上制作3D浮動(dòng)圖案的エ藝具體是把入射的激光能量引導(dǎo)到光散射體上，以將光源中存在的任意的非均勻性均勻化。然后，由光準(zhǔn)直器捕獲這些散射光和使之準(zhǔn)直，并把把均勻分布的光引導(dǎo)至發(fā)散透鏡。之后，從發(fā)散透鏡起，光線向微透鏡薄片發(fā)散。到達(dá)微透鏡薄片的光能量由各個(gè)個(gè)體的微透鏡聚焦到輻射靈敏涂層上，該輻射靈敏涂層可以是真空蒸鍍的Al，ZnS,Ag5tlZn5tl,Cr/Na3AlF6/Al等材料層。該聚焦能量能更改該輻射靈敏涂層以提供圖像，該圖像的尺寸，形狀和外觀取決于光線和輻射靈敏涂層之間的互相作用。在該エ藝中，處于聚焦位置的Al或ZnS等材料被破壞。因?yàn)椴荒芷鸱垂庾饔茫蛞驗(yàn)楦妆还饩€透過，因而這些被破壞的部分可以通過反射光線和透射光線來觀察。利用現(xiàn)有的材料和エ藝，激光3D浮動(dòng)圖像技術(shù)已經(jīng)在護(hù)照防偽等諸多領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。然而，研究人員仍然在尋求使用其他材料和エ藝來實(shí)現(xiàn)激光3D浮動(dòng)圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種能夠?qū)崿F(xiàn)3D浮動(dòng)圖像的制品及其制造方法，該制品能夠?qū)崿F(xiàn)在自然光線下觀察和識(shí)別的3D浮動(dòng)圖像。具體地，根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，提供了ー種制品，所述制品包括聚合物層；以及微透鏡陣列層，其中所述聚合物層被設(shè)置在所述微透鏡陣列層下面且與所述微透鏡陣列層接觸，且所述微透鏡陣列層包括多個(gè)能夠?qū)㈩A(yù)定的輻射光束聚焦在所述聚合物層中以將相應(yīng)的聚合物部分碳化的微透鏡；其中所述聚合物層中分布有通過用所述預(yù)定的輻射光束在聚焦位置處將所述聚合物層的相應(yīng)部分碳化而形成的碳化部分。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面，提供了一種制造如上所述的制品的方法，所述方法包括提供微透鏡陣列層；將聚合物層以與所述微透鏡陣列層接觸的方式設(shè)置在所述微透鏡陣列層下面；用預(yù)定的輻射光束照射微透鏡，以使該輻射光束聚焦在所述聚合物層中，由此碳化處于該輻射光束的聚焦位置處的聚合物部分而形成碳化部分。由于采用聚合物作為圖像的載體，因此本發(fā)明提出的制品結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)単。在采用玻璃或陶瓷微球的結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明可以采用兩種成分兩層結(jié)構(gòu)；在采用微復(fù)制的透鏡膜結(jié) 構(gòu)中，本發(fā)明可以采用単一成分和單層結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的制品中，碳化部分與聚合物層產(chǎn)生顔色上的反差而呈現(xiàn)圖案，該圖案在自然光下可以呈現(xiàn)出肉眼可見的3D浮動(dòng)圖像不同于現(xiàn)有的技術(shù)，該新型材料所形成的3D浮動(dòng)圖像不能通過回歸反射光來觀察，但是可以在不借助輔助光源的普通環(huán)境光線中進(jìn)行觀察和識(shí)別，其觀察范圍大，且具有優(yōu)良的分辨率和對(duì)比度。該3D浮動(dòng)圖像可應(yīng)用于防偽標(biāo)簽，品牌標(biāo)識(shí)，裝飾貼膜等領(lǐng)域?？傊景l(fā)明的特征在于使用聚合物作為圖像記錄媒質(zhì)和將碳化作為圖像記錄手段。通過將聚合物用作圖像記錄媒質(zhì)和將碳化作為記錄圖像的手段，本發(fā)明以低成本和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了在自然光下都清晰可見的激光3D浮動(dòng)圖像。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)激光3D浮動(dòng)圖像的制品結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)激光3D浮動(dòng)圖像的制品結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)激光3D浮動(dòng)圖像的制品結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)激光3D浮動(dòng)圖像的制品結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)激光3D浮動(dòng)圖像的制品結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6a示出了垂直觀察根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的ー種制品時(shí)獲得的圖像效果；圖6b示出了以45度角觀察該制品時(shí)獲得的圖像效果；圖6c示出了以-45度角觀察該制品時(shí)獲得的圖像效果；圖7a示出了觀察未添加吸收劑的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的ー種制品時(shí)所呈現(xiàn)的激光3D浮動(dòng)圖像；圖7b示出了觀察添加有吸收劑的圖7b中的制品時(shí)所呈現(xiàn)的激光3D浮動(dòng)圖像；
圖8a示出了觀察未添加吸收劑的根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例的一種制品時(shí)所呈現(xiàn)的激光3D浮動(dòng)圖像；圖8b示出了觀察添加有吸收劑的圖8a中的制品時(shí)所呈現(xiàn)的激光3D浮動(dòng)圖像。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，利用激光或其他輻射能量來使得樹脂或膠黏劑中的部分材料碳化，從而產(chǎn)生材料顔色的變化。因?yàn)橥ㄟ^該材料本身顔色的變化來引起對(duì)比度的變化，因此可以不借助回歸反射光或透射光而僅用普通環(huán)境光線即可清晰地觀察到形成的圖像。對(duì)具有淺色背景的或透明的材料而言，碳化的深色圖案具有更好的對(duì)比度，因而也更容易觀察。由于本發(fā)明采用碳化變色的機(jī)理，因此其可以使用聚合物，例如樹脂、膠黏劑等。只要在吸收足夠的能量后該聚合物能夠被碳化，即可利用其配合玻璃微球或微透鏡結(jié)構(gòu)而制作出對(duì)比度高的3D浮動(dòng)圖像。本發(fā)明的制品結(jié)構(gòu)通常包含至少兩層結(jié)構(gòu)ー微透鏡陣列層和聚合物層。此外，所述微透鏡陣列層與所述聚合物層可以由相同的聚合物組成，并且在結(jié)構(gòu)上形成同一個(gè)整 體，即，它們也可以制作為同一層。其中的聚合物層可以由膠黏劑或樹脂等組成。這些膠黏劑或樹脂可以是熱熔型的，溶劑型的，水基的，等等。這些聚合物可以為聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚酯、丙烯酸異辛酷/丙烯酸丁酯/丙烯酸(EHA/BA/AA)共聚物、共聚聚酷、UV固化樹脂或它們的組合。所述聚合物優(yōu)選是無色透明的或淺色的，以提高3D浮動(dòng)圖像的對(duì)比度。聚合物層的厚度取決于微透鏡的折射率和直徑，必須保證輻射能量通過微透鏡聚焦后的焦點(diǎn)在聚合物層上。可以添加交聯(lián)劑，以提高微透鏡陣列層與聚合物層之間的結(jié)合力。該聚合物層也可以包含對(duì)特定輻射源能量吸收較好的添加剤，以增強(qiáng)變色效果來提高圖案的對(duì)比度和鋭利度。這些對(duì)特定輻射源能量吸收較好的添加劑通常以固體粉末的狀態(tài)存在，且需要通過球磨、砂磨等機(jī)械分散方法來破除粉末的團(tuán)聚，使其細(xì)致均勻的分散在聚合物層中。以近紅外波段的輻射源為例，很多無機(jī)化學(xué)材料對(duì)該波段吸收比較好，因此可以將這些無機(jī)化學(xué)材料以ー定比例加入到樹脂材料中，并以近紅外波段激光等輻射源照射該樹脂材料。這樣，分散在樹脂中的添加劑顆粒強(qiáng)烈地吸收輻射能量并發(fā)熱，從而導(dǎo)致周圍樹脂材料碳化。常見的此類材料如TiO2, Sb2O3, ZnS · BaSO4，云母，以云母覆蓋的ニ氧化鈦、氧化錫或氧化鋯，Cu3 (PO4)2 -Cu(OH)2，碳黑，具有聚こ烯載體的Sb2O3，或它們的組合。另夕卜，市場(chǎng)上也有專針對(duì)近紅外激光的吸收劑出售，如Merck公司的Lazerflair ，Micabs 等。當(dāng)然，對(duì)于不同的輻射源，應(yīng)該用相應(yīng)的吸收劑來促進(jìn)材料對(duì)輻射能量的吸收。所述微透鏡可以具有球體、半球體或非球體的形狀。另外，所述微透鏡可以部分地嵌入到所述聚合物層中。微透鏡陣列層最好具有能夠成像的折射表面，以促成圖像的形成。一般地，這是由彎曲表面提供的。對(duì)具有彎曲表面的微透鏡而言，其最好具有均勻的折射率。對(duì)具有漸變折射率(GRIN)的其它材料而言，其不需要形成彎曲表面來折射光。微透鏡表面可以是球面的，也可以是非球面的。只要折射表面形成實(shí)像，則微透鏡可以具有諸如圓柱或球體的任意対稱性。微透鏡本身可以是分立的形式，諸如圓形平-凸小透鏡，圓形雙凸小透鏡，棒，微球體，圓珠，或圓柱小透鏡。形成微透鏡的材料包括玻璃，聚合物，陶瓷，礦石，晶體，半導(dǎo)體以及這些和其它材料的組合。也可以使用不分立的微透鏡元件。從而，也可以使用由復(fù)制或壓紋(embossing)エ藝(其中，改變薄片表面的形狀來產(chǎn)生具有成像特性的重復(fù)輪廓)形成的微透鏡。合適的微透鏡材料對(duì)可見光的吸收應(yīng)最小，并且在使用能量源來使聚合物層成像的實(shí)施例中，該材料也應(yīng)該呈現(xiàn)出對(duì)該能量源的吸收最小的性能。無論微透鏡是分立的還是復(fù)制的，且無論微透鏡是用哪種材料制造的，微透鏡的屈光力最好使到達(dá)折射表面的光折射并且在微透鏡的另ー側(cè)聚焦。更具體地，光將聚焦在微透鏡的后表面上或聚焦在鄰近微透鏡的材料上。微透鏡最好在聚合物層的合適位置處聚焦輻射光，以形成縮小的實(shí)像。雖然折射率大于I的微透鏡理論上都可以使用，但是在可見光和紅外光波長上具有I. 5和3. O之間的均勻折射率的微透鏡最為有用，更優(yōu)選地，該微透鏡具有I. 5至2. 5的折射率。雖然其它尺寸的微透鏡也可以使用，但直徑處于15微米至275微米之間的微透鏡是更為合適的。對(duì)看起來離開微透鏡層相對(duì)較短距離(0-50mm)的3D合成圖像而言，使用具有在上述范圍較小端的直徑的微透鏡可獲得優(yōu)良的圖像分辨率，對(duì)看起來離開微透鏡層相對(duì)較遠(yuǎn)距離(> 50mm)的3D圖像而言，使用較大直徑的微透鏡可獲得優(yōu)良的圖像分辨率。
可以期望各種形狀的微透鏡，諸如微球體，平-凸形，圓柱形，球面形或非球面形微透鏡，它們?cè)诔叽缦喈?dāng)?shù)那闆r下可以產(chǎn)生相似的光學(xué)結(jié)果。在美國專利US2，326，634和US3,801, 183中可以找到這類結(jié)構(gòu)更具體的信息，并且可以在3M現(xiàn)有Scotchlite 8910系列反光布產(chǎn)品和Scotchlite 3290系列反光膜產(chǎn)品中找到這類結(jié)構(gòu)。圖4中示出另ー個(gè)合適類型的微透鏡表面。這個(gè)結(jié)構(gòu)包括有透明的平-凸面。第二表面2基本上是平面的，并且第一表面I具有基本上是半球體的或是半非球體的微透鏡3的陣列。選擇微透鏡的形狀和基層的厚度，使得入射到陣列上的準(zhǔn)直光大約在第二表面附近后面聚焦。例如，在美國專利US5，254，390中描述了這類薄片，并且現(xiàn)在已在3M的2600系列保密卡接收器中應(yīng)用這類薄片。在制作3D浮動(dòng)圖像的エ藝中，可以采用波長范圍從400nm到1200nm的激光來作為輻射源。也可以采用其他的波長范圍(例如200 400nm和1200 μ m到10 μ m)的激光。激光輸出的脈寬小于30ns，脈沖能量根據(jù)材料的不同而調(diào)節(jié)。另外，可以在激光器以后使用光束擴(kuò)展望遠(yuǎn)鏡和非球面透鏡以使輻射能量再定向。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法，照射進(jìn)行ー次或多次。毎次照射時(shí)間為幾飛秒至幾十納秒。除了具有聚合物層和微透鏡陣列層的基本構(gòu)造以外，本發(fā)明的制品還可以具有附加層。例如，可以在微透鏡陣列層上設(shè)置保護(hù)層，可以在聚合物層下面設(shè)置背襯層或膠黏層，也可以在聚合物層下面先設(shè)置背襯層，再進(jìn)ー步設(shè)置膠黏層。作為制品結(jié)構(gòu)的具體例子，如圖I所示的結(jié)構(gòu)包括聚合物層2、部分嵌入聚合物層2的微球?qū)覫和背襯層3。其制作過程可以是首先將所述的聚合物層涂布在紙、聚合物薄膜等材料的基材層上，對(duì)其進(jìn)行高溫或輻射處理以使聚合物半固化，然后將分立的微球材料例如玻璃微球或聚合物微球均勻地撒在聚合物上，最后使聚合物完全固化，從而使微球粘在聚合物表面。為了使聚合物和微球相互粘接牢固和增強(qiáng)圖案效果，可以使微球部分嵌入聚合物中，嵌入的比例在10% 70%以內(nèi)效果較好。微球的折射率可以在I. O 3. O之間，以I. 5 2. 5效果最好；微球的直徑最好是在15 μ m 275 μ m,其中以30 150 μ m的效果最好。聚合物層的厚度取決于微球的折射率和直徑，必須保證輻射能量通過微球聚焦后的焦點(diǎn)在聚合物層上。
圖2所示的是另ー種制品結(jié)構(gòu)，其包括微球?qū)覫、聚合物層2、背襯層3和保護(hù)層4。I 3層的制作方法與上例相同。最后，可以在微球?qū)拥谋砻嫱坎缉`層起保護(hù)作用的透明聚合物層，然后使其固化。表面保護(hù)層可以為任意厚度，只要對(duì)采用的輻射源透明即可。圖3所示的是包括微球?qū)覫、聚合物層2、背襯層3和膠黏劑層4的結(jié)構(gòu)，它的制作方法可以是先將微球?qū)覫均勻地灑在半熔融的聚酯薄膜材料上，然后進(jìn)行冷卻，使微球?qū)诱吃谠摫∧げ牧媳砻?，再在微球?qū)覫表面依次涂布聚合物層2和膠黏劑層4。待完全固化后，將聚酯薄膜層剝離，并在膠黏劑層4表面貼合背襯層3。圖4所示的是ー種包括采用微復(fù)制技術(shù)制作的微透鏡層的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)最少可以只包含ー層。其制作方法是將符合要求的聚合物用流延涂布、擠出成型、注塑等エ藝形成膜片，在成型過程中采用模具在表面I形成微透鏡陣列形狀，或者成型后使用熱壓等方法改變表面I至微透鏡陣列形狀。在這種結(jié)構(gòu)中，聚合物層和微透鏡層一體形成，具有相同的 成分。
圖5所示的是ー種包含了采用微復(fù)制技術(shù)制作的微透鏡層3和聚合物層4的兩層結(jié)構(gòu)。其制作方法是通過圖4的エ藝將透明材料I制作為微透鏡層，然后在表面2上涂布聚合物層4,最后固化成型?？傊圃旄鶕?jù)本發(fā)明的制品的方法包括提供微透鏡陣列層；將聚合物層以與該微透鏡陣列層接觸的方式設(shè)置在所述微透鏡陣列層下面；用預(yù)定的輻射光束照射微透鏡，以使該輻射光束聚焦在所述聚合物層中，由此碳化處于該輻射光束的聚焦位置處的聚合物部分而形成碳化部分。實(shí)施例實(shí)施例I首先將ー層聚こ烯淋膜在厚度為20 μ m的紙背基上，聚こ烯膜厚度約為20 μ m。將材料置于200°C烘箱中加熱，當(dāng)聚こ烯變?yōu)榘牍袒癄顟B(tài)時(shí)，將折射率為I. 9，直徑為50 μ m的玻璃微球均勻的撒在聚こ烯表面，控制聚こ烯的固化程度使玻璃微球嵌入聚こ烯的體積約為30%，從而制成了玻璃微球膜片。然后采用流延涂布的方式，將聚合物材料涂布在預(yù)制好的玻璃微球膜片上，該聚合物采用DSM公司的R960樹脂(主要成分為脂肪族聚氨酯)，其干厚為50 μ m。將聚合物材料在烘箱120°C的溫度下固化5分鐘后，并將玻璃微球表面紙基揭掉。之后，采用脈沖能量6mJ和脈沖寬度約IOns的脈沖激光，其輸出波長為1064nm (例如Spectra-Physics公司的DCR-3YAG調(diào)Q激光器)。在激光器以后，通過5X光束擴(kuò)展望遠(yuǎn)鏡和數(shù)值孔徑為O. 64以及焦距為39mm的非球面透鏡使能量再定向。把來自非球面透鏡的光引導(dǎo)到電動(dòng)XYZ平臺(tái)。將上述制作好的薄片放在平臺(tái)上，用激光照射玻璃微球裸露面一次或數(shù)次，毎次照射時(shí)間約為10ns，平臺(tái)按照設(shè)定的軌跡相對(duì)于光束空間三維移動(dòng)，即可得到立體的浮動(dòng)圖像。具體地，通過以上エ藝步驟最后獲得的薄片包括一層微透鏡(玻璃微球)陣列層、在該微透鏡層下面且與該微透鏡陣列層接觸的ー層聚合物層(例如R960樹脂)，且該聚合物層中分布有由激光輻射光束導(dǎo)致的碳化部分。能夠在普通的環(huán)境光線中容易地觀察采用上述材料和エ藝制作出的3D浮動(dòng)圖 像，但是在回歸反射光的情況下，該圖像不可見。圖6示出了在自然光環(huán)境中和不同觀察角度下觀察采用上述材料和エ藝制成的制品時(shí)呈現(xiàn)的圖像效果。具體地，圖6a示出了垂直觀察該制品時(shí)獲得的圖像效果，圖6b示出了以45度角觀察該制品時(shí)獲得的圖像效果，而圖6c示出了以-45度角觀察該制品時(shí)獲得的圖像效果。從這三幅圖中可以看出，顯然，在這三種觀察角度下，該制品均能呈現(xiàn)出五角星等具有高的清晰度和對(duì)比度的圖像。這表明，可以以相當(dāng)大的觀察角度觀察該制品，且所觀察到的浮動(dòng)圖像具有高的清晰度和對(duì)比度。實(shí)施例2以與實(shí)施例I相同的方式制作實(shí)現(xiàn)3D浮動(dòng)圖像的制品，不同之處在于，將實(shí)施例I中的聚合物層分別替換為DSM公司的其他改性或未改性的聚氨酯及其共聚物樹脂，如R961, R986, R974, R1005, R9660, R620, R972, E121, E106 等樹脂，所得的制品均能獲得類似的圖像效果。 實(shí)施例3首先將ー層聚こ烯淋膜在厚度為20 μ m的紙背基上，聚こ烯膜厚度約為20 μ m。將材料置于200°C烘箱中加熱，在聚こ烯處于半固化狀態(tài)時(shí)，將折射率為I. 9，直徑為50 μ m的玻璃微球均勻的撒在該聚こ烯表面，控制聚こ烯的固化程度使玻璃微球嵌入PE的體積約為30%，從而制成了玻璃微球膜片。將3M的L140D熱熔膠貼合在玻璃微球表面，再覆蓋ー層厚度為50μπι的聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)。然后，將三層材料加溫至160°C并加壓4kg/cm2保持10秒鐘，使熱熔膠熔化并將三層材料粘在一起。然后，并將玻璃微球表面紙基揭掉，再將此制品用與實(shí)施例I相同的エ藝照射，以得到清晰的浮動(dòng)圖像。用這樣的エ藝制得的制品所呈現(xiàn)的圖像效果與上述實(shí)施例類似。實(shí)施例4以與實(shí)施例3相同的方式制作實(shí)現(xiàn)3D浮動(dòng)圖像的制品，用Lubrizol公司的5713熱熔膠替換實(shí)施例3中的熱熔膠，其他エ藝和參數(shù)不變，所制得的制品可以獲得類似的圖像效果。實(shí)施例5將3M公司的3075膠黏劑涂布在厚度為100 μ m的聚碳酸酯(PC)膜片上，厚度約為20 μ m，然后將直徑為70 μ m左右，折射率為I. 9的玻璃微球均勻的撒在未固化的膠黏劑層上，保證灑落在膜片上的玻璃微球排列緊密并且只有ー層，然后讓其在高溫150°C下固化。采用輸出波長為532nm，脈寬7ns，脈沖能量為4mJ的激光照射所得制品，采用與實(shí)施例I相同的方法制作制品，可以從最終所得的制品觀察到高清晰度和對(duì)比度的3D浮動(dòng)圖案。實(shí)施例6采用的玻璃微球折射率為2. 2，直徑為50μπι左右，樹脂和背襯層與實(shí)施例I相同。在按照實(shí)施例I的方法制備完材料之后，再用流延涂布的方法在玻璃微球的表面涂布ー層聚氯こ烯(PVC)樹脂層，以起到保護(hù)的作用。這里采用的表面保護(hù)層材料折射率在I. 3左右，且采用的表面保護(hù)層厚度為100 μ m。與實(shí)施例I同樣的激光光源和參數(shù)可用于在該材料上制作3D浮動(dòng)圖案。經(jīng)過上述圖案制作エ序后，便可從所得的制品觀察到高對(duì)比度的圖案。實(shí)施例7將Degussa公司的近紅外激光吸收劑P252g加入到DSM公司的R961樹脂IOOg中，利用Retsch Planetary球磨機(jī)PM100和7mm的ZrO2珠在500rpm的速度下分散2小時(shí)。利用如實(shí)施例I中所述的エ藝，將前述混合物涂布到預(yù)制的玻璃微球薄膜上，濕厚120 μ m，然后高溫120°C固化5分鐘。將壓敏膠CSA531C(3M公司)膠膜粘貼在樹脂層上，并將玻璃微球表面紙基揭棹，從而形成可制作3D浮動(dòng)圖案的薄膜材料。該材料的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所
/Jn ο制作浮動(dòng)圖案時(shí)，采用1064nm的激光，且該激光的輸出脈寬為IOns左右，其脈沖能量約為5mJ。利用實(shí)施例I中的制作方法制作圖案之后，便可以得到高清晰度的3D浮動(dòng)圖案。圖7示出了利用前述エ藝和材料制成的制品在未添加吸收劑P25和添加有該吸收劑P25兩種情況下所呈現(xiàn)的激光3D浮動(dòng)圖像。具體地，圖7a示出了制品未添加吸收劑P25時(shí)所獲得的浮動(dòng)圖像，圖7b示出了制品添加有吸收劑P25時(shí)所獲得的浮動(dòng)圖像。從圖中可以看出，在沒有添加吸收劑P25時(shí)，在所得的浮動(dòng)圖像中，僅_5、-4、-3、-2、_1、3、4、5幾個(gè)數(shù)字較為清晰，而在添加了吸收劑P25后，在所得的浮動(dòng)圖像中，_7至-1以及I至9等幾個(gè)數(shù)字均較為清晰。顯然，在其他條件相同的情況下，在添加有吸收劑P25時(shí)，制品能呈現(xiàn)出 更為清晰的圖像效果。實(shí)施例8將Merck公司的近紅外激光吸收劑Lazerflair 800 2g加入到DSM公司的R961樹月旨IOOg中，利用Retsch Planetary球磨機(jī)PM100和7mm的ZrO2珠在500rpm的速度下分散2小吋。利用如實(shí)施例I中所述的エ藝，將前述混合物涂布到預(yù)制的玻璃微球薄膜上，濕厚120 μ m，然后120°C固化5分鐘。用壓敏膠CSA531C (3M公司)膠膜粘貼在樹脂層，并將玻璃微球表面紙基揭棹，從而形成可制作3D浮動(dòng)圖案的薄膜材料。制作浮動(dòng)圖案時(shí)，采用1064nm的激光，該激光的輸出脈寬為IOns左右，脈沖能量約為5mJ。利用實(shí)施例I中的制作方法制作圖案之后，所得的制品可獲得高清晰度的3D浮動(dòng)圖案效果。圖8示出了利用前述エ藝和材料制成的制品在未添加吸收劑Lazerflair 800和添加有該吸收劑Lazerflair 800兩種情況下所呈現(xiàn)的激光3D浮動(dòng)圖像。具體地，圖8a不出了制品未添加吸收劑Lazerflair 800時(shí)所獲得的浮動(dòng)圖像，圖8b示出了制品添加有吸收劑Lazerflair 800時(shí)所獲得的浮動(dòng)圖像。從圖中可以看出，在沒有添加吸收劑Lazerflair 800時(shí)，在所得的浮動(dòng)圖像中，僅-7至-1和I至7等幾個(gè)數(shù)字較為清晰，而在添加了吸收劑Lazerflair 800后，在所得的浮動(dòng)圖像中，-9至-1以及I至9等幾個(gè)數(shù)字均較為清晰。顯然，在添加有吸收劑Lazerflair 800時(shí)，制品能呈現(xiàn)出更為清晰的圖像效果。實(shí)施例9將實(shí)施例8中的近紅外激光吸收劑替換為Yuejiang Titanium公司的BlOl (TiO2)、Yuejiang Titanium 公司的 Sb2O3^Merck 公司的 Lithopone30% I (ZnS ·BaSO4)、Merck 公司的 Lazerflair 825 (云母及(Sn/Sb) O2)、Merck 公司的 Lazerflair 8840 (Cu3(PO4)2 -Cu(OH)2)、Merck 公司的Micabs A208 (具有聚こ烯載體的 Sb2O3)等，其他的エ藝過程和參數(shù)不變，所得的制品均能獲得類似的圖像效果。實(shí)施例10在本實(shí)施例中，采用微復(fù)制技術(shù)制作的微透鏡陣列表面作為微透鏡陣列層。采用美國專利US5，254，390中描述的微透鏡結(jié)構(gòu)膜片，膜片一面是微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，另一面接近平面(以下稱反面)。微透鏡結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)位置在反面附近后方。在反面上涂布DSM公司的R961樹脂，并固化。樹脂層的厚度要大于微透鏡焦點(diǎn)位置離反面的距離，以便輻射源透過微透鏡結(jié)構(gòu)后能量聚焦于該樹脂層中。當(dāng)采用與實(shí)施例I或?qū)嵤├?中相同的輻射源時(shí)，便可在該材料中制作出高對(duì)比度的3D浮動(dòng)圖案。 上述實(shí)施例僅例示性的說明了本發(fā)明，而非用于限制本發(fā)明。熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所作的任何更改和變化均落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。且本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種制品，所述制品包括 聚合物層；以及 微透鏡陣列層， 其中所述聚合物層被設(shè)置在所述微透鏡陣列層下面且與所述微透鏡陣列層接觸，且所述微透鏡陣列層包括多個(gè)能夠?qū)㈩A(yù)定的輻射光束聚焦在所述聚合物層中以將相應(yīng)的聚合物部分碳化的微透鏡； 其中所述聚合物層中分布有通過用所述預(yù)定的輻射光束在聚焦位置處將所述聚合物層的相應(yīng)部分碳化而形成的碳化部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的制品，其中所述微透鏡具有球體、半球體或非球體的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的制品，其中所述微透鏡陣列層與所述聚合物層由相同的聚合物組成，并且在結(jié)構(gòu)上形成同一個(gè)整體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的制品，其中所述微透鏡由選自以下材料集合中的任ー項(xiàng)材料形成玻璃，聚合物，陶瓷，礦石，晶體，半導(dǎo)體或它們的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的制品，其中所述微透鏡部分地嵌入到所述聚合物層中。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的制品，其中所述聚合物層由選自以下聚合物集合中的任一項(xiàng)聚合物形成聚氨酯，聚丙烯酸酯，聚酷，丙烯酸異辛酯/丙烯酸丁酯/丙烯酸共聚物，共聚聚酷，UV固化樹脂或它們的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的制品，所述制品還包括被設(shè)置在所述聚合物層下面的背襯層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的制品，所述制品還包括被設(shè)置在所述聚合物層下面的膠粘層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制品，所述制品還包括被設(shè)置在所述膠粘層下面的背襯層。
10.根據(jù)權(quán)利要求I和7-9中任一項(xiàng)的制品，所述制品還包括設(shè)置在所述微透鏡陣列層上的保護(hù)層。
11.根據(jù)權(quán)利要求I的制品，其中所述聚合物層還包含用于促進(jìn)對(duì)所述預(yù)定的輻射光束的吸收的添加剤。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的制品，其中所述添加劑選自由TiO2,Sb2O3, ZnS · BaSO4,云母，以云母覆蓋的ニ氧化鈦、氧化錫或氧化鋯，Cu3 (PO4) 2 -Cu (OH)2,碳黑，具有聚こ烯載體的Sb2O3,或它們的組合組成的組中的任ー項(xiàng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的制品，其中所述添加劑的團(tuán)聚通過球磨或砂磨機(jī)械分散方法而被破除，使得所述添加劑被均勻地分散在所述聚合物層中。
14.根據(jù)權(quán)利要求I的制品，其中所述微透鏡具有I.5至3. O的折射率。
15.根據(jù)權(quán)利要求I的制品，其中所述微透鏡陣列中的微透鏡是分立或不分立的。
16.根據(jù)權(quán)利要求I的制品，其中所述聚合物層由無色透明的或淺色的聚合物材料形成。
17.—種制造如權(quán)利要求I所述的制品的方法，所述方法包括 提供微透鏡陣列層； 將聚合物層以與所述微透鏡陣列層接觸的方式設(shè)置在所述微透鏡陣列層下面； 用預(yù)定的輻射光束照射微透鏡，以使該輻射光束聚焦在所述聚合物層中，由此碳化處于該輻射光束的聚焦位置處的聚合物部分而形成碳化部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述微透鏡具有球體、半球體或非球體的形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述微透鏡陣列層與所述聚合物層由相同的聚合物組成，并且在結(jié)構(gòu)上形成同一個(gè)整體。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述微透鏡由選自以下材料集合中的任ー項(xiàng)材料形成玻璃，聚合物，陶瓷，礦石，晶體，半導(dǎo)體或它們的組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述微透鏡部分地嵌入到所述聚合物層中。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述聚合物層由選自以下聚合物集合中的任ー項(xiàng)聚合物形成聚氨酷，聚丙烯酸酷，聚酷，丙烯酸異辛酯/丙烯酸丁酯/丙烯酸共聚物，共聚聚酷，UV固化樹脂或它們的組合。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，所述方法還包括將背襯層設(shè)置在所述聚合物層下面。
24.根據(jù)權(quán)利要求17或23的方法，所述方法還包括將保護(hù)層設(shè)置在所述微透鏡陣列層上。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，所述方法還包括將用于促進(jìn)對(duì)所述預(yù)定的輻射光束的吸收的添加劑添加至所述聚合物層中。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述添加劑選自由TiO2,Sb2O3, ZnS · BaSO4,云母，以云母覆蓋的ニ氧化鈦、氧化錫或氧化鋯，Cu3 (PO4) 2 -Cu (OH)2,碳黑，具有聚こ烯載體的Sb2O3,或它們的組合組成的組中的任ー項(xiàng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中通過球磨或砂磨機(jī)械分散方法破壞所述添加劑的團(tuán)聚，使得所述添加劑被均勻地分散在所述聚合物層中。
28.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述微透鏡具有I.5至3. O的折射率。
29.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述微透鏡陣列中的微透鏡是分立或不分立的。
30.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述預(yù)定的輻射光束是波長為400至1200nm的激光。
31.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述照射進(jìn)行一次或多次。
32.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中通過將無色透明的或淺色的聚合物材料用作所述聚合物材料來提高所述3D浮動(dòng)圖像的對(duì)比度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠用于實(shí)現(xiàn)3D浮動(dòng)圖像的制品和制造方法。具體地，所述制品包括聚合物層；以及微透鏡陣列層，其中所述聚合物層被設(shè)置在所述微透鏡陣列層下面且與所述微透鏡陣列層接觸，且所述微透鏡陣列層包括多個(gè)能夠?qū)㈩A(yù)定的輻射光束聚焦在所述聚合物層中以將相應(yīng)的聚合物部分碳化的微透鏡；其中所述聚合物層中分布有通過用所述預(yù)定的輻射光束在聚焦位置處將所述聚合物層的相應(yīng)部分碳化而形成的碳化部分。通過制造和提供所述制品，以低成本實(shí)現(xiàn)了對(duì)比度高、觀察范圍大的3D浮動(dòng)圖像。
文檔編號(hào)G02B5/128GK102692660SQ20121005984
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者喻志剛, 楊向明, 楊帆, 滕超, 蓋玉健, 鄒偉, 黃寧勇 申請(qǐng)人:3M中國有限公司