专利名称：图案反射光学结构的制作方法
技术领域：
在二维全息图的构建中采用衍射光栅技术，观察者视觉上将产生三维图形的幻 觉。通过使用交叉激光束，基于聚合物折射率的不同也可生成三維全息图，所述交叉激 光束包括一束参考光束和一束物光束。这样的全息图被称为体积全息图或3D全息图。 而且，在各种目标物上使用全息图形以防止伪造也得到了广泛应用。
为了打击伪造者，全息图公司已借助于更复杂的图像，如当防伪图案旋转时，可 以生成多种图案。这些增强图案可为观众提供高水平的"flash"或美的吸引力。不幸的是， 这种增加的复杂性并不能相应地增加安全性，因为这种复杂的图案很难被理解，即使可 能的话，回忆起这些图案也是一件很困难的事。因此，开发在各种光线条件下可增强观测性能的改进的防伪产品具有明显的优势, 并且所述防伪产品能够应用到各种防伪应用中以使伪造更加困难。
发明摘要
本发明涉及一种可显示表面浮雕图案的效果的光学结构，所述表面浮雕图案如全 息图或衍射光栅，所述表面浮雕图案带有文字数字符号、条形码或图解或绘画图案和在 所述图案周围的辅助光学效果。本发明的这些及其其它特征将在下面的描述和权利要求书中详细阐述，也可以通
过实施上述描述而得到进一步了解。
图2是根据本发明另一个具体实施例的光学结构的示意图；
图3是根据本发明又一个具体实施例的光学结构的示意图7A和7B是根据本发明另一个具体实施例的防伪物品的示意图。
发明内容
以示意图的形式阐述了本发明的各个要素，其中相同的结构使用相同的参考标
志o使用"图案，，反射层概念意味着，在表面浮雕图案24上应用反射层可得封期望的 "图案"或设计。不局限于实施例，图案反射层可以以文字、数字、条形码和/或图解或绘 画图案的形式出现。光透射层22更适宜使用可直接在其表面形成浮雕结构的材料制成。适用于层22 的材料包括塑料，如聚氯乙稀、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯和PET型G。
用于制造表面浮雕图案24的方法是该领域的技术人员所熟知的。例如，层22表 面可以用人们熟知的方法浮雕制成，如在高压下将它与热的镍浮雕薄片紧紧压在一起即 可。其它方法包括光刻法和塑料基片紧靠图案表面的压模法。在某一方法中，光学结构20可利用浮雕热塑性薄膜而制成，即先加热软化薄膜的 表面，然后将薄膜通过浮雕滚筒，使得软化表面呈现衍射光栅或全息图。通过该方法， 可有效地制造出无限长的带衍射光栅或全息图的薄片。另外一种制造光学结构20的方法 是将一巻覆盖有可用紫外线(UV)固化的聚合物(如PMMA)的塑料膜通过一套可透 射紫外线的滚筒，其中滚筒可将图案引入UV固化的聚合物。当聚合物通过可透射UV 滚筒时，将被UV光固化。虽然这两种制备图案反射层的方法是目前首选的，但是将会意识到，了解此处所 讲的期望的结构的该领域的普通技术人员可以识别制备图案反射层的替代方法。
图2描述了与图1相似的结构，但是为制备光学结构30，在光透射层22上增加 光透射基片32。当用于制备光透射层22的材料为软性材料时，这个具体结构是非常有 用的，因为基片32可为光学结构提供物理保护和/或刚性。另外，光透射层22的内表面 有制备好的表面浮雕图案，并与图案反射层相连。目前，首选使用适用于模压的可热塑的材料来制备光透射基片32,其中包括塑料， 如聚酯；聚对苯二曱酸乙二醇酯(PET),如PET型G;聚碳酸酯，丙烯酸树酯，如聚 丙烯酸树酯(包括聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA));聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙 烯；纤维素双乙酸酯和纤维素三醋酸酯及其混合物或共聚物和类似物。在一个优选实施 例中，光透射基片32实质上由透明材料如聚碳酸酯制成。基片32适宜厚度约为3nm-lOO^xm,优选厚度约为12pm 25nm。虽然基片32是作为一个单层来描述的，但它可以 由多层基片材料制成。图3描述了与图1相似的光学结构，但是图案反射层26和表面浮雕图案24的暴 露部分下有附加层42。层42可以用来保护图案反射层26和表面浮雕图案24,也可为光 学结构40增加光学特性。例如，层42可以是有颜色的、光透射和/或不透明的。层 42可以是单层，也可以是多层结构。当层42为图1中的结构增加光学特性时，在这里 它指的是"光学活性"涂层。图4为使用光活性涂层的例子，其中描述了包含一个含表面浮雕图案24和图案 反射层26的光透射层22的光学结构50。光学活性多层光学涂层58可用一层薄膜光学 堆制作，其用于图案反射层和表面浮雕图案的暴露区。已发现这种结构具有有用的光学性质D在图案反射层遮盖表面浮雕图案的部分， 可产生如图1的结构中所观察到的光学效果。然而，在没有反射层的表面浮雕图案部分 多层光学涂层将产生唯一的光学效果。例如，在图案铝反射层位于显示全息图的表面浮 雕图案下的情况，将可以看到一系列标准的全息色彩，所述全息色彩为典型的彩虹色， 其中色彩随倾角的增大由蓝向红变化。在多层光学涂层58直接应用于表面浮雕图案的 区域，全息图可显示不同的视觉色彩，这是由于涂层58将生成可以修正全息图的衍射/ 干涉效果的特殊色彩。
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(^03)及其组 合物和类似物。适用于介电层54的低折射率材料包括氧化硅(Si02)、氧化铝(八1203)、
10氟化物如氟化镁(MgF》、氟化铝(A1F3)、氟化铈(CeF3)、氟化镧(LaF3)、氟化铝钠(如 Na3AlF6或Na5Al3F14 )、氟化钕(NdF3)、氟化钐(SmF;3)、氟化钡(BaF2)、氟化钙(CaF2)、 氟化锂(LiF)及其组合物，或其它任何折射率大约等于或低于1.65的低折射率材料。例 如，可用作低折射率材料的有机单体或聚合体，包括二烯或烯烃，如丙烯酸酯(例如， 甲基丙烯酸酯)；全氟烯烃；聚四氟乙烯(Teflon); 氟化乙烯丙稀(FEP)及其组合 物与类似物。反射层56可在介电层54上通过传统沉积工艺形成，如PVD、溅射或类似工艺。 反射层56的适宜厚度约为300 - 1000埃，优选厚度约为500 - 1000埃。根据期望的色 彩效果，反射层56最适宜用不透明的高折射率金属制备而成，例如铝、银、铜、金、 4白、铌、锡及其组合物和合金，以及类似物。也可以使用其它金属，例如铬、镍、钛、 钒、钴和钯、或钴-镍合金，其它金属也可象其他反射材料一样用于制备合适厚度的反 射层56。
044图5示意性描述了光学结构中的另一个实施例。图5显示了光学结构60,所述光 学结构60具有在透射层22上形成的表面浮雕图案24和位于表面浮雕图案下的图案反 射层26。 一种包含悬浮薄片64的透射物质被应用在图案反射层和光学浮雕图案暴露部 分下，当透射物质硬化或固化后，形成包含悬浮薄片64的透射层62。为得到期望的光 学效果，使用的特殊薄片不必像图示那样平整，可以是任何期望的颜料或颗粒物，或是 以不同间隔定位。然而，当所述薄片纵横比高而且平整，以至于它们与层22平行时， 将产生最强烈的变色效果。用于连接图5的具体结构的合适变色薄片与美国专利编号 5,135,812描述的形式相同，此处通过参考将其结合入本发明中。除了因表面浮雕图案24和图案反射层26组合而观察到的变色效果，层62中的 悬浮变色薄片将导致另外的变色效果。因使用悬浮薄片而非图4中的连续结构增加了额外的光学效果，这将取决于如薄片64加到透射层62的分量、薄片64的尺寸和纵横比、 薄片64的光学特征和薄片的其它特征这样一些因素。也可以理解，通过选择上面描述的各种特征的組合，可以得到多种效果。例如， 可以只在层22的部分区域加上表面浮雕图案24,也可以在整个表面上加上表面浮雕图 案。不同类型的表面浮雕图案可用于透射层22的不同位置。为获得不同的光学效果， 可以使用不同的材料以使图案反射体26各个部分各不相同。可以使用多种类型的薄片 64,而不是单一组分和结构的薄片；或者可以在光学结构某一区域使用一种类型的薄片， 而在另一区域使用不同类型的薄片。为提供期望的光学效果，可将各种类型的多层膜大 量使用于表面浮雕图案24和图案反射体26的组合中。例如，薄膜光学膜堆可以包括其 它光学涂层，如所有的电介质系统，其中，不仅可以观察到光学偏移效果，而且可观察 到红外信号，且可用作一种隐形防伪特性。
12[049图7A和7B描述了利用本发明特征的热印金属薄片的结构。热印图案在保护安全 文档中特别有用，如货币、支票、签证、护照、证书、身份证和类似物。热印图案在 需要商标保护领域也非常有用，如医药品、化妆品、电子产品、软件、服装或其它具备 被伪造特性的产品。在后一种情况中，热印图案可以粘贴在包装盒、容器或产品本身上。0501图7A描述了一种本发明所述的热印图案.80的结构。举一个例子来说明，如图3 所示的光学结构40可以夹在载片82与热释放层84和热活性胶86之间，其中光学结构 40 —侧是热释放层84,另一侧是热活性胶86。图7A描述了应用于安全文档88的热印 装置80。图7B描述了使用该结构的结果，由于高分辨的浮雕技术和光学活性涂层技术 同时具备以使图案具有与真实图案相同的光学特征，所述结构不仅提供视觉感染力，而 且不易被仿造，所述高分辨的浮雕技术如全息技术、图案结构。本发明也可以在不偏离其本质或内在特性的情况下采用其它特殊的方式进行具 体阐述。可仅像图示的一样从各个方面来考察描述的具体结构，但不限于此。因此，本 发明的范围不是前面描述的范围而是下面的权利要求的范围。所有与权利要求的等价内 涵和范围内的改变都属于本发明的范围。
权利要求
1. 一种光学结构，包括光透射基片，所述光透射基片包含第一表面和相对的第二表面，其中所述第二表面包括形成于其上的表面浮雕图案；反射材料图案层，所述反射材料图案层被运用于所述光透射基片的所述表面浮雕图案的部分区域，以使所述表面浮雕图案的部分区域被所述反射材料覆盖，所述表面浮雕图案的其他部分被暴露；和光学活性涂层，所述光学活性涂层位于所述表面浮雕图案的所述图案层和所述暴露部分下而且与它们接触，其中，所述光学活性涂层的折射率实质上与所述光透射基片的折射率匹配，以使在所述表面浮雕图案暴露部分将不显示所述表面浮雕图案的光学效果，其中，所述光学活性涂层包含可给所述表面浮雕图案的所述暴露部分增加期望的光学效果的薄片。
2. 根据权利要求1所限定的光学结构，其特征在于，所述薄片具有随入射观察角 度或入射到其上的光的角度的变化而颜色发生变化的变色特性。
3. 根据权利要求1所限定的光学结构，其特征在于，所述薄片中的每一个包含一 薄膜光学膜堆，所述薄膜光学膜堆包括 部分吸收、部分透射层；介电层；和反射层。
4. 根据权利要求1所限定的光学结构，其特征在于所述反射材料图案层是不透明的。
5. 根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述反射材料图案层被使用以 形成绘画图案。
6. 根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述反射材料图案被使用以形 成文字数字符号。
7. 根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述反射材料图案层被使用以 形成图解图案。
8. 根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述表面浮雕图案从包括衍射 光栅图案、全息案、角反射器、零级衍射图案、叠栅图及其组合的组中选择。
全文摘要
一种包含光透射基片的光学结构，其中，将表面浮雕图案施加到所述光透射基片上，如全息图。反射材料图案层被应用在表面浮雕图案部分上，以形成文字数字符号、条形码或图解或绘画图案。为使表面浮雕图案的暴露部分产生期望的光学效果，在反射材料图案层和表面浮雕图案暴露部分上使用了光学活性涂层。在一些具体结构中，光学活性涂层为变色薄膜或包含变色片。任选地，光学活性涂层材料的折射率可与光透射基片的折射率显著匹配，以使未被反射材料覆盖的表面浮雕图案区部分不显示表面浮雕图案的光学效果。
文档编号B44F1/04GK101470229SQ20081017207
公开日2009年7月1日 申请日期2004年9月16日 优先权日2003年9月18日
发明者弗拉基米尔·P.·洛夏, 罗杰·W.·菲利浦 申请人:Jds尤尼弗思公司