微结构化器件及其制造方法

专利名称：微结构化器件及其制造方法
微结构化器件及其制造方法技术领域
本发明通常涉及具有例如在其中形成有全息图，光栅，凹槽，文字数字符号或其它标记的微结构的器件，并且涉及具有这种微结构的薄膜薄片的制造。
背景技术：
几十年来，已经使用目前为标准的方法来制造例如色移薄片的薄膜薄片。用具有需要的光学效应的薄膜光学涂层对通常由苯二甲酸乙二醇酯(PET)制造的支撑网或基底进行涂覆。但是，在将该薄膜光学涂层施加到PET之前，由例如NaCl，蜡，硅或其它适合材料的可溶的有机材料或无机材料制成的非常薄的释放层被施加到该PET上，使得被涂覆在 PET上的该薄膜光学涂层可以从该PET支撑层被去除。通常，通过将该薄膜涂层通过含有例如丙酮或在一些例子中可以是水的溶剂的剥离器，随后通过辊，并在含有溶剂的室中，从该PET释放该薄膜涂层。为了减少溶解该释放层所需要的溶剂的数量，并且为了减少用于这一方法中的材料，需要该释放层尽可能的薄。在实践中，该释放层的厚度比释放层被涂覆在其上的基底要薄许多的数量级。
在制造薄膜干涉光学薄片的方法中，通常通过在真空室中在该薄的释放层的上面涂覆吸收层，并且随后在该吸收层上面涂覆电介质隔离层，并且随后在该电介质隔离层上涂覆反射层来施加该薄膜光学涂层。
这一方法由Roger Phillips在第4，705，300号美国专利中，由Coulter等在第 6，383，638号美国专利和由Argoitia在第7，258，915号美国专利中进行了描述，上述专利全部通过参考在此结合，用于所有目的。
以Hubbard名义的第6，235，105号美国专利公开了多层薄膜材料，与上述步骤类似，通过使用可溶的释放涂层预先涂覆载体基底，并且以预先选择的顺 序将光学材料的薄膜沉积到该载体以建立需要的多层薄膜结构来生产上述多层薄膜材料。Hubbard还公开了另一种方式，基底本身可以是可溶的。在沉积该多层结构之后，该释放涂层(或基底)被溶解，从而将该多层结构从该基底释放，使得其可以被分散成为小薄片。
在过去数年，在提供在其上具有压印的标记的薄膜薄片方面的兴趣有所增加。具有EuiO符号或专门符号的薄片已经用于许多需要防伪特征的文件和标志中，以检验真实性。例如，纸牌标志已经被涂覆有包括具有特殊的压印标记的薄片的薄膜涂层。
以Argoitia名义的第7，645，510号美国专利公开了在其上具有开槽结构和符号的薄片。
可浮雕的涂层的压印或浮雕方法在以Miekka等人名义的第6，468，380号美国专利中被公开，其通过参考在此引入。Miekka等详细描述了具有以衍射或全息图案形式的微结构的涂覆片的浮雕方法。与以目前使用的浮雕热塑性层类似的方法，Miekka利用了耐热的对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基层作为基底。该耐热的PET通常涂覆有例如聚氯乙烯的热塑性涂层。全息形式中的浮雕图案可以在该热塑性层的上形成，该热塑性层需要含有例如羟基聚硅氧烷的释放剂，该释放剂使得该浮雕从浮雕辊分离。
Miekka还教导了制造光栅或全息图的第一步骤，规定了具有热塑性涂层的耐热塑料薄膜中的热塑性涂层具有低于该耐热薄膜的热变形温度的软化温度。随后该热塑性塑料被加热到它的软化温度之上，并且该软化的热塑性层与浮雕母版接触。该接触步骤包括该热塑性层与浮雕母版的接触，浮雕母版是浮雕辊，金属模具或辊上的金属化的塑料薄膜。该母版可以用于在该热塑性层上形成全息图案或衍射图案。该热塑性表面被加热到它的软化温度之上；并且该软化的热塑性表面在低于该涂层的热塑性软化温度的温度与浮雕母版进行接触，使得进行快速的浮雕，并且在涂层分离之后避免了塑料的流回。
随后，尝试制造在其上或在其中具有预定图案或微结构的多层薄片，在该浮雕的热塑性层的顶部涂覆单独的薄的释放层。
该薄的释放层可以是NaCl，水合型Na2B4O7 (硼砂)，或者其它类型的释放层被涂覆在压印材料的上，随后在真空室中涂覆该压印材料。由于NaCl和硼砂在水中是可溶的，该涂覆的产品随后被放置于含有水的容器中，并且该涂层被去除。
在一些例子中，我们已经发现例如NaCl或硼砂的释放层，残留于涂层上对一层或多层是有害的，例如对色移薄片上的吸收层就是有害的。此外，不希望提供这种薄的释放层，因为它的应用包括了在制造中的额外的生产步骤，并使用了额外的材料。
用于生产在其中具有微结构的薄膜薄片的一般方法是提供具有高软化温度的基底，用具有较低软化温度的浮雕材料涂覆或层压基底，随后在适合的热量和压力下压印该浮雕材料以形成浮雕，并且随后用上述的薄的释放层(NaCl或硼砂)涂覆该浮雕材料，随后用该薄膜涂层涂覆该释放层。下一步骤包括将该涂覆的结构浸没于水浴中，并且擦拭该结构以释放该薄片。
为了减少使用的步骤和材料并产生较好的产品，本发明提供了消除在压印的浮雕层上的额外的释放层的解决方案。
本发明的另一个目的是制造在其上具有微结构的薄膜薄片，其中该薄片不存在通常与例如NaCl或砸砂的释放层有关的有害残留。
本发明的目的是提供制造薄片的方法，其中可以溶解的涂覆的微结构避免了非常薄的标准的释放层的使用。发明内容
根据本发明，提供了一种防伪器件，包括
具有第一软化温度tl的第一种材料的支撑基底；
由该支撑基底支撑的由具有第一软化温度t2的不同的第二种材料制造的浮雕层，其中t2〈tl ；
薄膜涂层被直接沉积在该浮雕层上，其中该浮雕层能够溶解于溶剂中，并且其中该薄膜涂层不会被所述的溶剂溶解。
根据本发明，提供了一种防伪器件，包括
具有第一软化温度tl的第一基底层；
在其中浮雕有微结构的第二层，其中该第二层由该基底支撑，并且与该基底直接接触，并且其中该第二层具有第一软化温度t2，其中t2〈tl，其中该第二层是可以溶解的层，它可以被溶剂溶解，并且其中在一些区域层的横截面中，该第二层具有第一厚度Thl，并且在其它的浮雕区域中，该第二层具有第二厚度Th2，其中Th2〈Thl ;并且，包括一层或多层的光学涂层被直接涂覆到该第二层上，其中该光学涂层的至少一层基本与该光学涂层被涂覆在其上的微结构适形，并且其中该光学涂层在其上为入射光提供了光学效应，并且其中该光学涂层不会被溶剂溶解。
根据本发明的另一个方面，提供了一种形成浮雕的薄膜光学薄片的方法，包括
提供具有第一软化温度tl的第一基底层，在该第一基底层的上面具有至少300nm厚度的第二层；
将具有第一软化温度t2的该第二层浮雕，以形成浮雕在其中的微结构，其中 t2〈tl ；
在该浮雕的第二层上没有释放层，使用薄膜直接涂覆第二层的表面，使得该薄膜的至少一层与在该第二层中形成的微结构适形；
使用溶剂溶解该第二层，以从该第二层释放该薄膜涂层以形成薄片，其中选择该溶剂，使得该光学涂层不会被该溶剂溶解。


本发明的具体实施例将结合附图进行说明，其中
图I是邓莫尔DUN-TRAN 的箔样品的横截面的扫描电子显微镜(SEM)照片，该样品具有PET基层，该基层上面具有浮雕层，并且该样品具有Cr涂层的特殊层，以增强界面的可见度，从而用于提高SEM图像的部分对比度；
图2a是通过原子力显微镜获得的以西洋跳棋盘图案压印的DUN-TRAN 的压印薄片的一部分的平面图2b是图2a的压印片的等轴视图2c是显示图2b的样品的变化的高度，峰宽度和谷宽度的图表；
图3是从压印箔得到的颜料的黑白照片，其中所述压印箔从图2a和2b中显示的 DUN-TRAN 的压印片获得；
图4显示了根据本发明制造的压印的色移薄片，通过用具有JDSU标识的框架正方形将DUN-TRAN 薄膜进行浮雕，并且用在其上形成色移涂层的五层涂层对压印的薄膜进行涂覆来制造所述压印的色移薄片；显示的薄片在不同的观察角度显示了不同的颜色；
图5是现有技术的DUN-TRAN 薄膜的截面图；和
图5b是用显示了浮雕并用形成色移涂层的三层进行涂覆的较厚的顶部浮雕层制造的特殊的DUN-TRAN 薄膜。具体实施例
为了在制造浮雕的薄膜薄片的方法中减少加工步骤和材料，我们尝试对认为可以用作浮雕基层的材料进行浮雕，可以在真空室中用薄膜层对该基层进行涂覆，并将该基层作为支撑。但是，如果材料足够柔软到能被浮雕，以复制压印垫片中的形态，我们发现它作为单独的基底不能很好的工作，并且不适于卷到卷(roll-to-roll)的浮雕过程。使用具有较高的玻璃化转变温度的较硬的材料引起了复制的问题。此外，我们的目标是在压印层和一层涂层或多层涂层之间不使用例如NaCl的薄的释放层。本发明提供了一种防伪结构，该结构用一层或多层薄膜层进行涂覆，该一层或多层薄膜可以被浸于溶剂浴中，以直接由沉积的薄膜层提供微结构化的薄膜薄片。该薄片可以是单层薄片或者可以是例如用于防伪应用中的色移薄片的多层微结构化薄片，其中通过在薄片材料被涂覆的载体上面进行浮雕的方式将隐形特征编码于该薄片中。与现有技术中生产这种薄片的方法不同的是，在该涂层和浮雕的支撑层之间不需要薄的释放层。事实上，在新颖的方法中，浮雕层本身变成了释放层，因为它在不能溶解薄膜涂层的溶剂中是可以溶解的。该浮雕层将可以提供可接受的浮雕特征，精确地复制浮雕垫片中的印花，并且具有低于支撑基底软化温度的软化温度；并且可以在不能溶解薄膜涂层的溶剂中被溶解或在负面影响该涂层的溶剂中被溶解。
下面被详细描述的本发明提供了一种解决方案，其中由两种不同的材料形成的两层结构提供了由支撑层和浮雕层组成的复合网，浮雕层随后在沉积室中被涂覆，并且其中该浮雕层本身在该涂层被施加之后被溶解，从而从该网释放出该涂覆的材料，而不需要如现有技术中所使用的在浮雕层上面所需的薄的释放层。
现在参考显示了本发明的第一实施例的图1和图5，其中例如PET的第一种材料的基底10在此处具有第二种材料的层12，该第二种材料的软化温度低于该PET基底10的软化温度。优选该浮雕层具有软化温度Tg，该软化温度Tg比相关的基底的软化温度至少低 10°C。该基底10的目的是，当具有较低软化温度、更有延展性的第二种材料在热和压力下被压印并变形，以仿效压印在垫片中的垫片的压印痕迹时，提供稳固的支撑。此外，该基底 10为在卷到卷的涂覆方法中的使用提供足够的刚性。
在试验中，我们对许多压印材料进行了试验，并且使用由Dunmore公司生产的 DUN-TRAN 转移膜(此后被称为DUN-TRAN )获得了最好的结果。
DUN-TRAN 被广告宣传为表面薄膜，能将皮革和织物转变成为金，银，铜，白蜡和其它的金属色，并提供耐湿擦耐磨涂层，以在鞋包和其它物品中抵挡制造中的困难。我们已经发现了 DUN-TRAN 包括由具有软化温度tl的第一种材料制造的支撑基底，并与在该基底上并由该支撑基底支撑的具有软化温度t2的由不同的第二种材料制造的可浮雕层接触，其中t2〈tl。
现在参考图2c的图表，随着辊在浮雕过程中移动，温度，压力和速度发生变化。 Ni的浮雕垫片具有在圆筒周围滚转设置的需要的微结构，在所施加的压力和温度下， DUN-TRAN 在圆筒上滚转并移动。
令人惊讶地，我们发现对于用于我们的薄片制造方法中作为可浮雕的支撑网的目的来说，DUN-TRAN 是很好的。虽然商业出售的这种薄膜具有200nm到300η的厚度，对于我们的压印垫片的深度来说，我们需要制造具有500nm到1500nm厚度的DUN-TRAN 转移膜， 这才足以提供大约400nm深度的微结构。现在参考图5b，具有PET支撑层12和浮雕层100 的压印的DUN-TRAN 薄膜被显示一起形成浮雕结构101，其中层102，103和104在该浮雕结构101的上面形成由吸收体/电介质/吸收体组成的色移半透明的结构。该色移层包括吸收层102，电介质层103和吸收层104，其中该电介质层103位于两个吸收层之间。当在该浮雕化结构101上面进行涂覆时，还可以基于五层(吸收体/电介质/反射体/电介质/ 吸收体)产生包括不透明的反射体的色移设计。使用DUN-TRAN 具有许多的优点。它可以很好的复制压印垫片的形态，并且可以使用与浮雕基底方法有关的标准的温度和压力；并且更重要的是，它在溶剂中是可以溶解的。使用丙酮快速且完全地溶解该压印的DUN-TRAN 是具有很好的结果的。
当我们对DUN-TRAN进行浮雕温度试验时，280° F到320° F之间的浮雕温度提供了良好的结果，其中最佳的浮雕温度是315° F。使用丙酮完全溶解该浮雕层，并且浮雕的图像对于浮雕垫片的清楚的复制是非常良好的。对其它的材料进行试验，例如0X68，XST, OST, OLT的Crown产品，但是它们的溶解性是不理想的，并且在一些例子中，该浮雕层在丙酮中未完全溶解或者没有从该涂层分离。我们将Toray U6E进行浮雕，并且该浮雕层是不理想的，并且该浮雕层在丙酮中没有完全溶解。虽然这些其它进行试验的材料不是我们的优选材料，并且行为与DUN-TRAN不同，但是它们可以被用于特殊的应用，例如不需要完全溶解或不需要良好的复制时可以使用它们。
当然，具有足够低的软化点以被压印从而复制成为具有良好的复制性的压印图像，并且可以在真空室中进行涂覆，并在溶剂中溶解的其它材料对于本发明是有用的。但是，我们认为在全部的例子中，使用的材料必须是形成了第一支撑层的复合材料，该复合材料具有比由其支撑的可浮雕材料更高的软化温度。通常，该浮雕层的玻璃化转变温度(Tg) 是70°C到200°C，但是例如PET的支撑层具有大约255°C的Tg。
在全部进行的试验中最好的DUN-TRAN 具有在高温浮雕中的固形(holding up), 形成需要的形状，并且完全可溶解的组合特性。
在特定的应用中，出于我们特殊的目的，仅仅丙酮释放不是足够的。如果该浮雕层不能被充分地溶解，该薄片可能由于热塑性残留在油墨系统中聚结。仅仅溶解是不起作用的，因为如果浮雕不具有需要的成形能力，图像质量将是不好的，并且薄片可能过早地的破碎。当选择适合的浮雕材料时，这些是全部需要进行考虑的因素。
根据本发明制造的DUN-TRAN 薄膜是一种两层薄膜，该两层薄膜被浮雕之后，用涂层对其进行涂覆。又一多层涂层的第一涂层被直接施加到层12上，而不需要额外的释放层。使用标准真空涂覆在第二层12上产生色移涂层。更便利地，这种结构不需要位于微结构层和涂层之间的标准的释放层。不使用这种标准的薄的释放层节省了加工步骤，节约了额外的材料，并且避免了各层与NaCl释放层之间的接触。迄今，没有人提供过在其中具有浮雕的微结构的厚的压印层，具有至少500nm厚度的压印层对于400nm深度的表面浮雕的形成具有良好的复制质量，其中该层本身是可以溶解而脱离其上的涂层。
该浮雕层可以具有浮雕在其中的框架，并且可以具有全息图，衍射光栅和标识。在另一个实施例中，该浮雕的微结构可以具有不同的深度或高度，产生带有具有不同的水平面的微结构的薄片。通过举例的方式，标识可以在第一深度，其中该标识周围的图像可以是比该标识以更深的位置被浮雕的；或者文本可以在第一深度，并且其它的标记可以在不同的第二深度。浮雕框架可以比框架中的符号更深，从而利于薄片沿着该框架断裂，并且不会通过该符号区域断裂。
当然，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以设计许多的其它的实施例。
权利要求
1.一种防伪器件，所述防伪器件包括 支撑基底层，所述支撑基底层由具有第一软化温度tl的第一种材料制造； 浮雕层，所述浮雕层由所述支撑基底支撑，并由具有第二软化温度t2的不同的第二种材料制造，其中t2〈tl ;和 薄膜涂层，所述薄膜涂层被沉积在所述浮雕层上，其中所述浮雕层能被溶解于溶剂中，并且其中所述薄膜涂层不会被所述溶剂溶解。
2.根据权利要求I所述的防伪器件，其中所述薄膜涂层被直接沉积在所述浮雕层的表面。
3.根据权利要求2所述的防伪器件，其中所述浮雕层与所述支撑基底层接触。
4.根据权利要求2所述的防伪器件，其中所述浮雕层的至少一部分区域的厚度是至少500nmo
5.根据权利要求I所述的防伪器件，其中所述第一种材料是聚合物箔。
6.根据权利要求I所述的防伪器件，其中所述支撑基底层和所述浮雕层是DUN-TRAN 转移膜。
7.根据权利要求6所述的防伪器件，其中所述DUN-TRAN 转移膜具有至少400nm的可浮雕厚度。
8.根据权利要求7所述的防伪器件，其中所述薄膜涂层具有多个层。
9.根据权利要求2所述的防伪器件，其中所述薄膜涂层是色移涂层。
10.根据权利要求2所述的防伪器件，其中所述浮雕层被浮雕，使得形成多个限定了边缘或框架的相同形状的结构，所述边缘或框架利于断裂，以形成实质上相同形状的薄片。
11.根据权利要求10所述的防伪器件，其中所述浮雕层具有压印在其中的全息图或光栅。
12.—种防伪器件，所述防伪器件包括 支撑基底层，所述支撑基底层由具有第一软化温度tl的第一种材料制造； 浮雕层，所述浮雕层由具有第二软化温度t2的不同的第二种材料制造，并且由所述支撑基底支撑，并且与所述支撑基底直接接触，其中t2〈tl ;和 具有一个层或多个层的薄膜涂层，所述薄膜涂层用于在所述浮雕层上直接沉积形成薄片，其中所述浮雕层可以被溶解于溶剂中，并且其中所述薄膜涂层不会被所述的溶剂溶解。
13.—种制造具有在其中形成的微结构的防伪器件的方法，所述的方法包括 提供具有第一基底层和第二层的网，所述第一基底层具有第一软化温度Tgl，所述第二层由所述第一基底层支撑，由具有第二软化温度Tg2的与所述第一基底层的材料不同的材料制造，Tg2〈Tgl，其中所述第二层具有至少300nm的厚度； 在卷到卷的过程中，在没有热和压力的情况下，对所述第二层进行浮雕，以在其中形成浮雕的微结构； 在浮雕的所述第二层上没有释放层，使用薄膜涂层直接涂覆所述第二层的表面，使得所述薄膜涂层的至少一层与在所述第二层中形成的微结构适形； 使用溶剂溶解所述第二层，以从所述第二层释放所述薄膜涂层，其中选择所述溶剂，使得所述薄膜涂层不会被所述溶剂溶解。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述薄膜涂层包括多个层。
15.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括将所述薄膜涂层断裂或压碎成在其上具有微结构的薄片的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种具有由第一种材料制造的支撑基底和由该支撑基底支撑的由不同的第二种材料制造的浮雕层的防伪器件，该第一种材料具有第一软化温度t1，该第二种材料具有第二软化温度t2，其中t2<t1。薄膜涂层被直接沉积在该浮雕层的上面，其中该浮雕层可以被溶解于溶剂中，并且其中该薄膜涂层不会被所述的溶剂溶解。不再需要额外的释放层，因为该不同的第二种材料是可以溶解的，并且允许通过将该第二层溶解而形成薄片。
文档编号B32B3/30GK102982727SQ2012102788
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月6日 优先权日2011年8月4日
发明者阿尔博特·阿革帝亚, 莉莉·奥博伊尔, 科尼利斯·简·德尔斯特, 劳伦斯·霍尔顿 申请人:Jds尤尼弗思公司