显示依赖于视角的光学效应的光学效应层、其生产过程和装置、带有光学效应层的物品及...的制作方法_3

文档序号:8926217阅读:来源:国知局
里-珀罗吸收体/绝缘体/反射体/磁性/反射体/绝缘体/吸收体多层结构。
[0112] 此处描述的磁性薄膜干涉颜料通常通过在网状物上真空沉淀不同的必要层来制 造。在沉淀所需数量的层(例如,通过PVD)之后,通过在适当的溶剂中溶解脱模层,或者通 过从网状物上剥离材料,从网状物上移除层堆叠。以此方式获取的材料然后被分解为碎片, 这些碎片必须通过研磨、碾磨或任何适当的方法进一步处理。最终的产物由具有崩边、不规 则形状和不同纵横比的扁碎片构成。有关适当的磁性薄膜干涉颜料的制备的进一步信息例 如可在EP-A 1 710 756中找到,该文献在此纳入作为参考。
[0113] 呈现出光学可变特征的适当的磁性胆留相液晶颜料包括一一但不限于一一单 层胆甾相液晶颜料和多层胆甾相液晶颜料。这些颜料例如在WO 2006/063926 AUUS 6, 582, 781和US 6, 531,221中公开。WO 2006/063926 Al公开了单分子层和从中获取的 颜料,这些颜料具有高亮度和色变属性,并且具有诸如磁化性之类的其它特定属性。所公 开的单分子层以及通过碾碎所述单分子层而获取的颜料包括三维交联胆留相液晶混合物 以及磁性纳米粒子。US 6, 582, 781和US 6, 410, 130公开了薄片形胆留相多层颜料,这些 颜料包括序列A7B/A2,其中A1和A 2可以相同,也可以不同,并且分别包括至少一个胆甾相 层,并且B是夹层,其吸收层A1和A2所发送的部分或全部光,并将磁属性赋予所述夹层。US 6, 531,221公开了薄片形胆甾相多层颜料,其包括序列A/B,并且在需要时包括C,其中A和 C是包括赋予磁属性的颜料的吸收层,B是胆留相层。
[0114] 除了非球形磁性或可磁化粒子(可能包括或不包括非球形光学可变磁性或可磁 化颜料,或者由非球形光学可变磁性或可磁化颜料构成)之外,非磁性或非可磁化粒子可 也包含环形体安全元素和/或环形体安全元素之外或之内的OEL中。这些粒子可以是本领 域中公知的彩色颜料,具有或不具有光学可变属性。进一步地,粒子可以是球形或非球形, 并且可以具有各向同性或各向异性光学反射性。
[0115] 在OEL中,此处描述的非球形磁性或可磁化粒子分散在粘合剂材料中。优选地,非 球形磁性或可磁化粒子的含量为大约5到大约40重量百分比,更优选地为大约10到大约 30重量百分比,这些重量百分比基于包括粘合剂材料、非球形磁性或可磁化粒子,以及OEL 的其它可选成分的OEL的总干重。
[0116] 如之前所述,硬化粘合剂材料至少部分地对200 - 2500nm范围内的一个或多个 波长的电磁辐射透明,更优选地对200-800nm范围内的一个或多个波长的电磁辐射透明, 甚至更优选地对400 - 700nm范围内的一个或多个波长的电磁福射透明。因此,粘合剂材 料至少处于其硬化或固体状态(下面也称为第二状态),至少部分地对大约200nm到大约 2500nm范围内的一个或多个波长的电磁辐射透明,即,处于通常被称为"光谱"的波长范围 内,该波长范围包括电磁光谱的红外线部分、可见部分和UV部分,从而处于硬化或固体状 态的粘合剂材料中包含的粒子及其依赖于定向的反射性可通过粘合剂材料感知。
[0117] 更优选地,粘合剂材料至少部分地在大约400nm到大约700nm之间的可见光谱范 围内透明。入射电磁辐射,例如通过0EL·的表面进入0EL·的可见光,可到达在0EL·内散布的 粒子,并且可以在此反射,并且反射光可再次离开OEL以产生所需的光学效应。如果入射辐 射的波长在可见范围之外选择,例如,在近UV范围内选择,则OEL也可充当隐式安全特征, 因为这样通常有必要采取技术手段来检测在包括选定的不可见波长的各个照明条件下由 OEL所产生的(完全)光学效应。在这种情况下,优选地,OEL和/或包含在其中的环形区域 包括发光颜料,其响应于包含在入射辐射中的可见频谱之外的选定波长而发光。电磁光谱 的红外线部分、可见部分和UV部分近似地分别对应于700-2500nm、400-700nm和200-400nm 之间的波长范围。
[0118] 如果要在衬底上设置0EL,则包括至少粘合剂材料和非球形磁性或可磁化粒子的 涂层组分必需采取这样的形式:该形式允许例如通过印刷,特别是铜凹版印刷、丝网印刷、 凹版印刷、柔性版印刷或滚涂来处理涂层组分,以便在诸如纸衬底或下面描述的衬底之类 的衬底上施加涂层组分。进一步地,在衬底上施加涂层组分之后,非球形磁性或可磁化粒子 通过施加磁场以沿着场线调准粒子而进行定向。在此,非球形磁性或可磁化粒子在衬底上 的涂层组分的环形区域内进行定向,以便对于从垂直于衬底平面的方向观察衬底的观察者 而言,形成环形体的光学影像。在执行通过施加磁场对粒子进行定向/调准的步骤之后或 执行此步骤的同时,粒子定向被固定。因此值得注意,涂层组分必须具有第一状态,即,流体 状态或膏糊状态,其中涂层组分足够湿润或柔软,以便分散在涂层组分中的非球形磁性或 可磁化粒子在暴露于磁场下时可自由移动、旋转和/或定向,并且必须具有第二硬化(例 如,固体)状态,其中非球形粒子在其各个位置和方向中固定或冻结。
[0119] 此类第一和第二状态优选地使用特定类型的涂层组分来提供。例如,涂层组分中 除了非球形磁性或可磁化粒子之外的成分可采取诸如在安全应用(例如,纸币印刷)中使 用的油墨或涂层组分的形式。
[0120] 上述第一和第二状态可使用这样的材料提供:此材料可响应于诸如温度变化或暴 露于电磁辐射下之类的刺激而粘度大幅增加。也就是说,当流态粘合剂材料被硬化或固化 时,所述粘合剂材料转换为第二状态,即,硬化或固体状态,其中粒子被固定在其当前位置 和定向中,并且不能再在粘合剂材料中移动,也不在其中旋转。
[0121] 如本领域的技术人员公知的那样,包括在可被施加到诸如衬底之类的表面上的油 墨或涂层组分中的成分以及所述油墨或涂层组分的物理属性由被用于将油墨或涂层组分 转印到表面的工艺的性质来确定。因此,此处描述的包括在油墨或涂层组分中的粘合剂材 料通常从本领域中公知的粘合剂材料中选择,并且依赖于涂层,或被用于施加油墨或涂层 组分的印刷工艺,以及所选择的硬化工艺。
[0122] 在一个实施例中,可采用聚合热塑性粘合剂材料或热固性粘合剂材料。与热固性 粘合剂材料不同,热塑性树脂可以通过加热和冷却重复地熔化和固化,而不导致属性发生 任何重大变化。热塑性树脂或聚合物的典型示例包括一一但不限于一一聚酰胺、聚酯、聚 甲醛、聚烯烃、聚苯乙烯系树脂、聚碳酸酯、聚芳酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮 (PEKK)、聚亚苯基树脂(例如聚伸苯基醚、聚苯醚、聚苯硫醚等)、聚砜以及它们的混合物。
[0123] 在衬底上施加涂层组分并且定向非球形磁性或可磁化粒子之后,对涂层组分进行 硬化(即,转换为固体状态或固形状态)以便固定粒子的定向。
[0124] 硬化可以是纯物理性质的,例如,在涂层组分包括聚合物粘合剂材料和溶剂,并且 以高温施加的情况下。然后通过施加磁场以高温对粒子进行定向,接着蒸发掉溶剂,最后冷 却涂层组分。这样便可硬化涂层组分并且对粒子进行定向。
[0125] 备选地或优选地,涂层组分的"硬化"涉及化学反应,例如通过固化实现,此过程不 能通过在典型的安全文件使用过程中可能发生的简单的温度增加(例如,增加到80°C)来 逆转。术语"固化"或"可固化"指示这样的过程:此过程包括所施加的涂层组分中的至少 一个成分的化学反应、交联或聚合,通过此过程,涂层组分变为具有比起始物质更高的分子 量的聚合材料。优选地,固化导致形成三维聚合物网络。
[0126] 这种固化一般通过(i)在将涂层组分施加到衬底表面或磁场产生装置的支持表 面之后,(ii)在对磁性或可磁化粒子进行定向之后或在执行此步骤的同时对涂层组分施加 外部刺激来引发。因此,优选地,涂层组分是从辐射固化组分、热力干燥组分、氧化干燥组分 以及它们的组合构成的组中选择的油墨或涂层组分。特别优选地,涂层组分是从辐射固化 组分构成的组中选择的油墨或涂层组分。
[0127] 优选的辐射固化组分包括可通过UV可见光辐射(下文称为UV-Vis固化)或 通过电子束辐射(下文称为EB)固化的组分。辐射固化组分在本领域中是公知的,并且 可在以下标准教科书中找到:例如 "Chemistry&Technology of UV&EB Formulation for Coatings, Inks&Paints (涂层、油墨及涂料UV和EB配方的化学和技术,John Wiley和Sons 联合 SITA Technology Limited 发表于 1997-1998 年,第 7 卷)"系列。
[0128] 根据本发明的一个特别优选的实施例,此处描述的油墨或涂层组分是UV-Vis固 化组分。UV-Vis固化有利地实现极快速固化工艺,因此显著缩短根据本发明的OEL以及包 括所述OEL的物品和文件的制备时间。优选地,UV-Vis固化组分包括从自由基可固化化合 物、阳离子可固化化合物以及它们的混合物构成的组中选择的一种或多种化合物。优选地, UV-Vis固化组分包括从自由基固化化合物、阳离子固化化合物以及它们的混合物所构成的 组中选择的一种或多种化合物。阳离子可固化化合物通过阳离子机制固化,通常包括通过 一种或多种可释放阳离子活性种(例如,酸类)的光引发剂的辐射激活,此阳离子活性种接 着引发固化,以便使单体和/或低聚物发生反应和/或交联,从而硬化涂层组分。自由基可 固化化合物通过自由基机制固化,通常包括通过一种或多种光引发剂的辐射激活,从而产 生自由基,此自由基接着引发聚合作用,以便硬化涂层组分。
[0129] 涂层组分可进一步包括从磁性材料、发光材料、导电材料、红外线吸收材料以及它 们的混合物构成的组中选择的一种或多种机器可读材料。如此处所用,术语"机器可读材 料"指呈现出至少一个无法被肉眼感知的特别属性的材料,此材料可包括在层中,以便提供 一种使用用于验证的特殊设备验证所述层或包括所述层的物品的方式。
[0130] 涂层组分可进一步包括从有机和无机颜料以及有机染料构成的组中选择的一种 或多种彩色成分,和/或一种或多种添加剂。后者包括一一但不限于一一用于调整涂层组 分的物理、流变和化学参数的化合物和材料,所述参数例如包括粘度(例如,溶剂、增稠剂 和表面活性剂)、稠度(例如,防沉剂、填充剂和增塑剂)、泡沫属性(例如,消泡剂)、润滑属 性(蜡、油)、UV稳定性(光敏剂和光稳定剂)、粘结属性、抗静电属性、贮存稳定属性(阻 聚剂)等。此处描述的添加剂可以本领域中公知的量和形式存在于涂层组分中,其中包括 所谓的纳米材料形式,在此形式中,添加剂的至少一个维度处于1到1000 nm范围内。
[0131] 在衬底表面或磁场产生装置的支持表面上施加涂层组分之后或在执行此步骤的 同时,使用外部磁场对非球形磁性或可磁化粒子进行定向,该外部磁场根据所需的定向模 式对粒子进行定向。因此,永磁粒子被定向为:其磁轴与粒子位置上的外部磁场线的方向对 齐。不具备本征永磁场的可磁化粒子通过外部磁场进行定向,以便其最长维度方向与粒子 位置上的磁场线对齐。在粒子具有层结构(包括具有磁性或可磁化属性的层)的情况下, 上述原理也类似地适用。在这种情况下,磁性层的最长轴或可磁化层的最长轴与磁场的方 向对准。
[0132] 在施加磁场时,非球形磁性或可磁化粒子以这样一种方式在涂层组分的层中采取 定向:产生动态环形体的视觉外观或光学影像,其可以从OEL的至少一个表面看到(请参阅 例如图1和2)。因此,动态环形体可作为在OEL旋转或倾斜时呈现出动态可视移动效应的 反射区而被观察者看到,所述环形体显得在与OEL的其余平面不同的平面中移动。在执行 非球形磁性或可磁化粒子的定向之后或在执行此步骤的同时,涂层组分被硬化以固定方向 (例如,在UV-Vis固化涂层组分例子中使用UV-Vis光进行照射)。
[0133] 在入射光的给定方向下(例如,垂直),包括具有固定定向的粒子的OEL(L)的最 高反射性(即,非球形磁性或可磁化粒子处的镜面反射)区域随着视角(倾斜)角的变化 更改位置:从左侧查看OEL(L)时,环形亮区被看到位于位置1处,从顶部查看OEL时,环形 亮区被看到位于位置2处,从右侧查看层时,环形亮区被看到位于位置3处。在将查看方向 从左变到右时,环形亮区因此也呈现为从左到右移动。还可以获取相反的效应,即,在将查 看方向从左变到右时,环形亮区呈现为从右到左移动。根据环形体中存在的非球形磁性或 可磁化粒子的曲率符号,其可能为负(请参阅图1B),也可能为正(请参阅图1C),针对观察 者相对于OEL执行的移动,动态环元素可被观察为朝着观察者移动(在正曲率的情况下,图 1C),或者被观察为远离观察者移动(负曲率,图1B)。值得注意的是,观察者的位置在图1 中是位于OEL的上方。如果OEL倾斜,则可观察到此动态光学效应或光学影像,并且由于具 有环形,因此无论例如上面设置OEL的纸币的倾斜方向为何,都可观察到此效应。例如,当 带有OEL的纸币从左到右倾斜,同时还从上到下倾斜时,便可观察到此效应。
[0134] 形成环形体视觉影像的OEL的区域(即,OEL的环形区域)包括定向的非球形磁 性或可磁化粒子,因此形成围绕一个中心区域的至少一个环形体(闭环)的光学效应。在 该区域中,当在从中心区域的中心延伸到环形区域的外部空间(从环形区域与中心区域的 边界延伸到环形区域与环形区域以外的区域的边界)的方向的横截面中查看时,非球形磁 性或可磁化粒子的最长轴的方向与假设的椭圆或圆的负弯曲部或正弯曲部相切。在环形区 域的该横截面视图中,在环形区域的中心附近中,粒子的定向与OEL的平面基本平行,并且 在此横截面视图中,逐渐朝着不太平行(通常基本垂直)的方向(此方向朝着环形区域的 边界)变化。此情形在图1中示出,并且进一步在图14A和14B中示出。值得注意的是,从 基本平行的方向到较垂直的方向的定向变化率可以恒定(非球形粒子的定向与圆的负弯 曲部或正弯曲部相切),也可以沿着环形区域的宽度变化(非球形粒子的定向与椭圆的负 弯曲部或正弯曲部相切)。
[0135] 在图14A中,示出包括在支撑(S)上设置的环形区域的OEL的实施例以及其中的 非球形磁性或可磁化粒子的定向。在顶部,环形体的光学影像在OEL的平面图中被看到。在 底部,示出从中心区域的中心延伸到形成环形体的光学影像的环形区域的外部空间的方向 上的横截面。详细地,形成环形体的光学效应的环形区域(1)围绕中心区域(2)。当在从 中心区域(2)的中心(4)延伸到环形区域(在附图的底部示出)的外部空间的横截面(3) 中查看时,位于从环形区域与中心区域的边界到环形区域与环形体外部的区域的边界的区 域(由粒子(5)所在的灰色框表示)中的非球形磁性或可磁化粒子(5)被定向为:其最长 轴与假设的椭圆形或圆形(图14A中的圆(6))的负弯曲部相切。当然,也可以实现与假设 的椭圆或圆的正弯曲部相切的定向。
[0136] 在图14A中,仅示出位于形成环形体的光学影像的区域中的非球形磁性或可磁化 粒子。但是,从下文可以很明显地看出,这些粒子也可位于中心区域(2)内,并且位于形成 环形体的光学影像的环形区域的外部。
[0137] 优选地,在横截面视图中,假设的椭圆或圆(6)的中心位于与OEL垂直并且大约从 定义环形体的区域(即,从环形区域与中心区域的边界到环形区域与环形体外部的区域的 的边界的区域(由图14a中示出粒子(5)的灰色框表示,也称为环形区域的"宽"))的中心 延伸的线上(即,图14A的底部的垂线)。在进一步的优选实施例中,补充地或备选地,假设 的圆的直径或者假设的椭圆的最长或最短轴大约等于环形区域的宽度,以便在环形区域与 中心区域的边界处,以及在环形区域与环形体外部的区域的边界处,实现与OEL的平面基 本垂直的非球形粒子的定向,该定向逐渐更改为朝向环形区域的宽度中心(即,图14A中的 灰色框的中心)的平行定向。被环形区域围绕的中心区域可以不包括磁性或可磁化粒子, 而且在这种情况下,中心区域可以不是OEL的一部分。可通过在印刷步骤中不在中心区域 内设置涂层组分来实现此目的。
[0138] 但是,备选地或优选地,当在衬底上设置涂层组分时,中心区域是OEL的一部分, 并且不被忽略。这样可简化OEL的制造,因为可以在衬底表面的更大面积上施加涂层组分。 在这种情况下,中心区域中也存在非球形磁性或可磁化粒子。这些粒子可具有随机定向,从 而不提供特殊效应,只提供小的反射率。然而,优选地,存在于中心区域中的非球形磁性或 可磁化粒子与光学效应层(OEL)的平面基本垂直,从而当从OEL的同一侧面照射时,与OEL 的平面垂直的方向上基本不提供反射。
[0139] 位于形成环形体的光学影像的环形区域外部的非球形磁性或可磁化粒子的定向 可以与OEL的平面基本垂直,也可是随机定向。在一个实施例中,中心区域中的粒子以及环 形区域外部的粒子(即,环形区域内部和外部的粒子)被定向为:与OEL的平面基本垂直。
[0140] 图IB示出从中心区域的中心延伸到环形区域的外边界的方向上的环形区域的一 部分的横截面(即,环形区域的宽度)。在此,OEL(L)中的非球形磁性或可磁化粒子(P)被 固定在粘合剂材料中,所述粒子与假设的圆的表面的负弯曲部相切。图IC示出类似的横截 面,其中OEL中的非球形磁性或可磁化粒子与假设的椭
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