专利名称：制造多边形薄片的衬底和方法
制造多边形薄片的衬底和方法技术领域
本发明一般涉及颜料薄片，尤其是涉及制造多边形薄片的方法。
背景技术：
已为各种各样的应用发展了由一个或多个薄膜层形成的颜料薄片。例如，磁 性颜料用在范围从安全设备到装饰炊具的产品中。类似地，色移颜料用在化妆品、防伪 油墨、汽车油漆等中。各种薄膜薄片和其制造方法通过例如引用合并在这里的美国专 利号 5，571，624,4, 838，648,7, 258，915,6, 838，166,6, 586，098,6, 815，065,6, 376，018、 7，550，197,4, 705，356 被公开。按照惯例使用在柔性网上形成的层状薄膜结构来制造颜料薄片，柔性网也称为沉 积衬底。各种层通过在形成薄涂层结构的领域中公知的方法被沉积在网上，例如物理和化 学气相沉积等方法。接下来，薄膜结构从网状材料被移除并断裂成薄膜薄片，例如色移薄 片，其可被添加到聚合介质例如用作油墨、涂料或漆的各种颜料载体中。在从沉积衬底移除所沉积的层的工艺中，涂层，例如通过碾磨，断裂成可进一步减 小尺寸的薄片。涂层的随机破裂导致如图1所示的不规则形状和不规则尺寸的薄片。这种 方法的缺点之一是出现对特定的应用太小的薄片。例如，具有小于3微米的直径的薄片减 小了涂有颜料薄片的最终产品的光学效应。按照惯例，使用筛以便移除具有不希望有的尺 寸的薄片或碎片。然而，使用筛增加了薄片制造工艺的复杂性，并导致浪费一部分沉积的材 料。因此，增加涂层材料的利用、减少浪费并减小薄片制造工艺的复杂性是合乎需要的。此外，在一些应用中，颜料薄片的形状是重要的。例如，特定形状的薄片可以如美 国专利号7，258，915中所教导的那样，在安全或防伪应用中用作标签或标记。已知平面非磁化磁性薄片在磁场中按其长轴与磁场的磁力线平行而排列。当磁性 薄片在其上具有衍射光栅时，协调光栅和长轴的方向，从而控制薄片的形状是高度合乎需 要的。美国专利申请号20090072182描述了由组装成带的方形薄片形成的具有较高反 射率的涂层。在制造成形薄片的常规方法中，沉积衬底被浮雕成具有框架结构(frame)，以便引 起涂层的破裂并获得成形薄片。因而产生的薄片混合物包括从薄片分离的剩余框架结构。 例如，图2示出具有在后处理期间从薄片分离的大量破裂的结构的8X8微米颜料薄片。因 此，这种方法产生以薄片框架结构形式的相当大数量的不希望有的碎片。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造成形薄膜薄片的方法，该方法几乎不产生碎片。因此，本发明涉及形成颜料薄片的方法，其包括提供具有多个区域的表面的衬 底，所述区域中的一些区域相对于与表面相关的平均水平面升起或降低，其中对于在邻接 关系中的每两个区域，这两个区域中的第一个区域的水平不同于这两个区域中的第二个 区域的水平；将涂层设置在衬底上；以及从衬底移除所述涂层并使所述涂层破裂成颜料薄片。本发明的一个方面涉及使用包括第一区域和第二区域的衬底，其中第一区域中的 每个与第二区域中的至少一个处于邻接关系。所有的第一区域在第一水平，而所有的第二 区域在第二水平，且第一水平和第二水平之间的差异大于预定值。第一区域和第二区域优 选地是用于制造几乎没有碎片的方形薄片的方形区域。
本发明将参考表示其优选实施例的附图而被更详细地描述，其中图1是使用常规方法制造的不规则形状的薄片的基于显微照片的图示；图2是使用常规方法制造的方形薄片的基于显微照片的图示；图3是根据本发明的一个实施例的衬底的附视平面图；图4是图3所示的衬底的横截面视图；图5示意性示出根据本发明的一个实施例的衬底的附视平面图和横截面视图；图6示意性示出根据本发明的一个实施例的衬底的附视平面图和横截面视图；图7是具有在三个水平(level)上的六边形薄片形成区域的衬底的附视平面图和 两个横截面视图；图8是具有棋盘格图案的薄片形成区域的衬底的平面图；图9示出使用图8所示的衬底形成的薄片；图10是本发明的方法的流程图；以及图11是通过本发明的方法获得的薄片的基于显微照片的图示。
具体实施例方式本发明的方法包括使用具有位于不同水平的薄片尺寸区域的衬底。相对于衬底的 表面上的两个区域，术语“邻接关系”意指，区域的在与表面相关的平均水平面上的投影处 于直接接触的关系并共用其边界的延伸部分。例如，图3和4所示的区域21和31处于邻 接关系中，而区域31和33则不是处于邻接关系中，因为它们只在角处接触。根据本发明， 处于邻接关系的每两个区域相对于表面的平均水平处于不同的水平。本领域中已知的任何方法可用于将一个或更多薄膜层沉积在衬底的表面上，以及 接着从衬底移除涂层并将其分离成薄片。两个邻接区域之间的水平差异导致涂层中的易碎 区域。因此，在涂层与衬底分离之后，涂层沿着区域边界破裂。优选地，薄片由无机材料形 成，因为它们的一个或多个薄膜层是易碎的，并容易沿着区域边界破裂。这种方法提供了呈现衬底区域的形状的颜料薄片。因为涂层倾向于沿着直线破 裂，具有直边界的区域，即多边形，比具有弯曲边界的区域产生更好的结果。然而，如果需 要，也可使用具有带有弯曲边界区域的衬底。有利地，除了偶然破裂的薄片以外，本方法几乎不产生碎片。参考图3，沉积衬底5的表面10具有一系列高地和谷，例如高地21和22以及谷31 和32。图4示出衬底5的部分横截面。在这个实施例中，所有高地相对于例如与衬底表面 10相关的平均水平面50处于相同的第一水平。类似地，所有的谷相对于平均水平面50处 于相同的第二水平，当然，不同之处是，高地相对于平均水平面50是升起的而谷是降低的。
高地和谷的水平，即第一水平和第二水平，之间的差异40可在从50到lOOOnm，优 选地在300和500nm之间，的范围内。换句话说，衬底5具有多个高地和谷，其中高地和谷是多边形，任何两个高地可只 在角处彼此接触，任何两个谷可只在角处彼此接触，且彼此相邻的任何一对高地和谷具有 大于预定值的水平差异40。高地和/或谷中的至少一些可具有在其中或从其中凸起的例如标志、符号的标 记，或被浮雕、蚀刻等的光栅。图5和6示意性示出如图3和4中所示的但具有增加的符号 的衬底。图5示出在高地区域中为凹下并从谷区域凸起的标记。当然，情况可能相反，或所 有区域可能具有凸起的标记，或所有区域可能具有凹下的标记。在图6中，符号在衬底的 一些但不是所有的薄片形成区域中形成。标记的深度或高度小于相邻区域之间的水平的差 异，以便促进薄片沿着高地和谷之间的线而不是越过薄片内部的符号破裂。优选地，标记的 深度或高度不大于具有特定的标记的区域与相邻区域之间的水平的差异的2/3。图5和6所示的衬底提供了具有用于鉴定和防伪目的的符号或标志的成形薄片。 可选地，高地和/谷可具有用于形成成形衍射薄片的衍射光栅。参考图7，衬底105具有在三个水平上的多个六边形薄片形成区域。为了例证的目 的，相同水平的区域被示为具有相同的灰色阴影。横截面AA示出相对于平均水平面150在 不同水平上的三个相邻的区域。对于处于邻接关系的每两个区域，这两个区域中的第一个 区域的水平不同于这两个区域中的第二个区域的水平；这两个邻接区域之间的水平的差异 在与图4所示的差异40相同的界限内。薄片形成区域可为方形、三角形、菱形和其它多边形。例如，区域可形成如图8所 示的棋盘格图案，该棋盘格图案产生图9所示的薄片。区域可具有相同或不同的形状，例 如，为不同的多边形。多个区域可处于如上述参考图4和7所述的相同的水平，或处于不同 的水平。然而，对于处于邻接关系的每两个区域，这两个区域中的第一个区域的水平不同于 这两个区域中的第二个区域的水平，且这两个水平之间的差异足够用于使用与图4所示的 水平差异40相同的方法提供沉积的涂层的破裂。参考图10，本发明的方法包括衬底提供步骤210。衬底具有薄片形成区域，其中处 于邻接关系，即共用边界，的每两个区域处于不同的水平，如上所述。两个邻接区域的水平之间的差异40可在从50到IOOOnm之间——优选地在300 和500nm之间——的范围内。区域可具有对应于期望薄片的尺寸和形状的在3微米至200 微米之间的直径。衬底可为浮雕的或注塑的塑料片，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯 的卷；可选地，衬底可由刚性材料制成，例如由玻璃、石英、硅、镍、铝制成。在衬底上的薄片 尺寸的区域可使用不同的技术例如钻刀雕刻术、掩模、激光直写、电子束刻写、激光干涉、光 刻和全息方法等形成。在一种形成衬底的方法中，工艺以，例如通过使用光刻技术，制造母 版开始。母版可由石英、硅、光致抗蚀涂覆的玻璃等制成。根据材料，可以使用直接雕刻、激 光、电子束发起、掩模/蚀刻等工艺。使用母版生产通常由镍制成的垫片。接着垫片被重新 组合以生产较大的生产垫片，该较大的生产垫片用于通过浮雕或注塑在聚合物衬底中产生 微结构。衬底的背面可为平面的或在某种程度上复制表面的多个水平轮廓，其中区域在这些表面上形成。衬底可涂有例如由精制石蜡或水溶材料如CaO、CaF2、Na3 AlF6 (冰晶石)，NaNO3和 NaCl形成的释放层；其它材料可使用酸性溶液、碱性溶液或其它溶剂，包括有机溶剂，被释 放。当一个或多个薄膜层或优选的无机材料使用常规沉积技术被沉积在衬底上以便 将涂层提供到衬底上时，形成颜料薄片的方法还包括涂层沉积步骤220。例如，涂层包括在两个铝层之间的钴镍层，每个层大约IOOnm厚，用于形成如在申 请号为20090072185的美国专利申请中所描述的反射磁性薄片。例如，可使用具有大约100-200nm的水平差异的衬底来制造具有高达 1500-2000nm的厚度的薄片。在另一例子中，50nm到IOOOnm厚的单层或多层涂层可在具有 300-400nm高的高地/谷的衬底上形成，用于产生具有高度为大约20到300nm的凸起的或 凹下的标记的成形薄片；优选地，标记的深度或高度不大于在具有特定标记的区域与相邻 区域之间的水平差异的2/3。在一些情况下，一个或多个释放层被添加在被选择用于薄片的 材料层之间，以产生具有相同的衬底区域的多个薄片。分离步骤230包括从衬底移除涂层以及使涂层破裂成薄片。图11示出使用参考图10描述的方法获得的方形20X20微米薄片的显微照片；衬 底是图3和4所示的衬底。有利地，几乎没有碎片存在于薄片混合物中，因为在薄片周围没 有框架结构形成。这个特征对相对小的薄片特别重要。薄片越小，框架结构的面积与薄片 的面积的比率越大，框架结构剩余物或“碎片”的数量就越大。例如，由8X8微米方形薄片 产生的框架结构的数量是由MXM微米薄片产生的框架结构的数量的两倍。使用这种方法产生的薄片可由对特定的应用提供不同的薄片功能的材料制成。 例如，沉积的单层或多层结构的光学设计和微结构可在电磁光谱的可见光、UV(紫外)或 IR(红外)部分中是透明或不透明的。所制造的薄片的材料、微结构和形状可被选择成响应 于不同的场(即，电的或磁的)，允许其在不同的涂层应用过程中在外部场中定位。
权利要求
1.一种形成颜料薄片的方法，包括提供具有多个区域的表面的衬底，所述区域中的一些区域相对于与所述表面相关的平 均水平面升起或降低，其中对于在邻接关系中的每两个区域，这两个区域中的第一个区域 的水平不同于这两个区域中的第二个区域的水平； 将涂层设置在所述衬底上；以及从所述衬底移除所述涂层，并使所述涂层破裂成所述颜料薄片。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个区域包括 第一区域，其相对于所述平均水平面处于第一水平，以及第二区域，其相对于所述平均水平面处于第二水平，其中所述第一水平不同于所述第二水平。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述多个区域包括 第三区域，其相对于所述平均水平面处于第三水平， 其中所述第三水平不同于所述第一水平和第二水平。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述第一区域的所述第一水平与所述第二区域的所 述第二水平之间的差异为至少50nm。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述第一区域的所述第一水平与所述第二区域的所 述第二水平之间的差异在300nm和500nm之间。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述区域是多边形区域。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述多边形区域是方形。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述多边形区域是六边形。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述多边形区域是三角形。
10.如权利要求6所述的方法，其中所述多边形区域为包括不同形状的区域的多个区域。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述区域中的至少一些区域具有标记。
12.如权利要求11所述的方法，其中对于具有所述标记之一的每个区域，所述标记的 深度或高度不大于具有特定标记的区域和相邻区域之间的水平差异的2/3。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底具有在其上的释放层。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述涂层包括第二释放层。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述涂层由一种或多种无机材料形成。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述涂层的厚度大于所述衬底的所述区域的水平 之间的差异。
全文摘要
本发明涉及一种形成颜料薄片的方法，所述方法包括使用具有多个区域的沉积衬底；区域中的一些升起或降低，以便在每两个相邻的区域之间有水平差异。沉积在该衬底上的涂层在与衬底分离时沿着区域边界破裂。在一个实施例中，衬底包括第一和第二区域，其中第一区域中的每个与第二区域中的至少一个处于邻接关系。所有的第一区域在第一水平，而所有的第二区域在第二水平，且第一和第二水平之间的差异大于预定值。第一和第二区域优选地是用于制造几乎没有碎片的方形薄片的方形区域。
文档编号A61K8/18GK102051086SQ20101052827
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月2日 优先权日2009年11月3日
发明者凡拉帝米尔·P·瑞克沙, 科尼利斯·简·德尔斯特, 阿尔博特·阿革帝亚 申请人:Jds尤尼弗思公司