专利名称：隐形防伪涂层的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及用于制造防伪物品的薄膜光学涂层，还涉及可以在各种应用中被用作防伪物品的衍射表面的制造，例如具有变色(color shifting)或光学上可变化的背景的全息图或光栅(grating)。特别地，本发明涉及涂覆和/或压印电介质基底以优选在真空辊涂覆腔中提供光栅或全息图的领域，同时在真空中制造ChromagramTM型装置或在其上制造基本装置以制造ChromagramTM型装置。本发明还涉及隐形光学装置的制造，该装置具有可变厚度的电介质层。举例来说，色度图(Chromagram)可以具有透光性基底，该透光性基底具有蚀刻或压入基底的衍射光栅或全息图，并且通常以不透明反射涂层形式，在基底上或是全息图或衍射光栅上完成某些形式的构图。其余的没有反射涂层的窗口或区域可以不涂覆或可以用另一个涂层覆盖窗口，该涂层视觉上不同于不透明反射的构图涂层。例如，靠近高反射铝图案可以使用颜色变化的涂层。
背景技术：
相关技术
使用防伪装置保护钞票和其它有价证券的越来越多，例如护照、驾照、绿卡、身份证等。这些防伪装置还用于商业产品的防伪，例如药品、化妆品、香烟、酒、电子媒体、衣物、玩具、汽车和飞机备件。实际上，据估计假货占世界贸易的5％到7％。贴在这些物品上的全息图已经成为阻止伪造者的传统方法。
变色颜料或着色剂已经用于各种应用中，从汽车油漆到用于防伪文件和钞票的防伪油墨。这种颜料和着色剂具有根据入射光的角度变化或随着观察者视角的移动而改变颜色的特性，获得这种变色着色剂使用的主要方法是分散小的薄片，它通常由多层薄膜组成，该薄膜在例如油漆或油墨的整个介质中具有特殊的光学特性，然后将油漆或油墨涂敷到物体表面。
由于它们的美学和实际视觉效果，衍射图案和压印以及相关的全息图领域已经开始被发现具有广泛的实际应用。一种非常需要的装饰效果是由衍射光栅产生的闪光的(iridescent)视觉效应。当周围的光衍射到其颜色组分时，通过来自衍射光栅的反射发生这种引人注目的视觉效应。通常，衍射光栅基本上是由材料中的线或槽制成的重复结构来形成峰和谷结构。在反射表面上，衍射光栅在每毫米从百到千线的范围内具有规则间隔的槽时，在可见光谱内发生所需的光学效应。
在对观察者产生三维图像视觉的二维全息图像的形成中已经使用衍射光栅技术。使用包括一个基准光束和一个物体光束的交叉激光束，基于在聚合物中的折射率的差，也已经开发了三维全息图。将这种全息图称为立体全息图或3D全息图。而且，已经发现在各种物体上使用全息图来防伪具有广泛的应用。
目前存在几种使用全息图案压印表面的应用，从例如礼物包裹的装饰性包装到例如钞票和信用卡的防伪文件。二维全息图通常使用在塑料表面上形成的衍射图案。在一些情况下，已经压印在该表面上的全息图像是可以看见的而不用进一步处理；然而，为了获得最大限度的光学效应，一般有必要将通常为薄金属层的反射层例如铝或高反射率层例如ZnS置于压印表面上。该反射层主要提高了衍射图案压印的可见度。
每种类型的第一级衍射结构都具有很大的缺点，包括常规全息图和光栅图像，即使包封在硬塑料中。当使用例如普通室内光或多云的天空的散射光源照射全息图像时，所有的衍射级扩展并重叠，由此衍射色彩消失，包含在全息图中的许多视觉信息没有被显示出来。在这种观看条件下，一般从压印表面所看见的仅为银色反射，所有的这种装置看起来是银色的，或最多是灰色的。因此，为了看见全息图像，通常需要直接的镜面照射。这意味着为了得到最好的观看结果，照射光必须以和视角相同的角度入射。另外甚至在镜面光旋转90度时，标准的全息图消失，所有看见的都是银色的小块(patch)，因为此时衍射图案的槽主要和人眼进入的光的方向相同；即没有衍射发生。
由于防伪全息图已经具有广泛的应用，伪造者具有很强的动机来复制经常用在信用卡、钞票等上的全息图。因此，要确保安全，全息图必须克服的障碍是其可能被伪造。在因特网上已经广泛讨论一步或两步光学复制、直接机械复制、甚至是重新制作。已经使用抑止这些方法的各种办法，但是没有发现一种所采取的对策能有效地制止伪造的。
用于复制全息图的方法之一是沿压印表面扫描激光束，并在一层例如光聚合聚合物的材料上光学记录反射束。随后原始的图案作为伪造品被复制。另一种方法是通过离子蚀刻从压印材料表面除去保护性的覆盖材料，然后在露出压印材料表面时，可以沉积一层例如银(或者任何其它容易释放的(releasable)层)的金属。随后沉积一层镍，其释放形成伪造的压印片。
由于伪造方法的水平先进，开发更加先进的防伪方法是必要的。Miekka等人的专利号为5,624,076和5,672,410的美国专利公开了一种方法，通过压印金属颗粒或光学叠片制造全息图像图案。
防伪全息图的另一个问题是，大多数人很难识别和记住由这种全息图产生的用于验证目的的各个图像。普通人鉴定防伪全息图的能力因其结构的复杂性和装饰衍射包装的杂乱而降低。因此，大多数人趋向于确认这种防伪装置的存在，而不是鉴别实际的图像。这为不良伪造品或用商业全息图替代真正的防伪全息图提供了机会。
在打击伪造者的其它尝试中，全息工业已经采用更复杂的图像，例如随着防伪装置向右或向左倾斜而产生多个图像。这些改善的图像给观察者提供了高水平的“闪现”或美学作用。不幸的是，这种复杂性的增加没有获得增加的防伪性，因为这种复杂的成像很难传递，如果可以记住，那么记住这种图像也是困难的。
Phillips等申请的，受让给JDS Uniphase Corp.的美国专利6,761,959公开了一种在其上具有ChromagramTM的防伪物品。色度图给观察者提供了变色和全息效应。在‘959专利中，用变色多层膜涂覆印有全息光栅或图案的有机基底。
以Phillips等名义申请的，受让给JDS Uniphase Corp.的美国专利申请2005/0128543公开了一种更复杂形式的ChromagramTM，其中显示了构图。在一些区域显示了全息效应，在另一些区域只能看见变色效应。
另一个美国专利申请公开了具有变色涂层的衍射光栅但不同于Phillips等的教导，这一申请是以Holmes等名义进行的美国专利申请2003/0058491。美国专利申请‘491似乎不同于Phillips教导之处在于，因为它以这种方式教导了分隔层，在分隔层中将衍射光栅效应与变色效应分开。Holmes建议在浮雕(relief)结构和薄膜反射滤色器之间设置分隔层，其被描述成薄膜反射滤色器。
与Holmes等相反，现有技术的美国专利号为6,987,590的专利提供了一种不同的新颖的ChromagramTM，其中不需要分隔层，但其中具有分开的变色和全息效应。例如在图6中，变色油墨提供变色效应，与其临近的反射涂层提供全息效应。
在上述所有这些防伪结构中，涂层被认为是公知的方法。即首先压印光栅，接下来涂敷产生反射和变色涂层的预期图案的涂层。尽管这些现有的制造方法似乎发挥了在制造具有全息和变色效应的色度图状结构中所需的功能，但是如果全部工艺或大多数制造工艺在现场进行，则在真空辊涂覆机内是最有利的。
因此开发合适、实用的工艺和装置具有很大的益处，其允许在真空涂覆腔内有机电介质层(ODL)上形成衍射光栅或全息图，其中在真空腔内形成衍射光栅或全息图之前或之后对ODL进行具有反射和或变色涂层的全息图或光栅的涂覆，且不用破坏真空。
更具体地，本发明的一个目的是提供一种在线工艺，用于在真空腔内的辊型工艺中提供全息图或光栅，且不破坏真空。
本发明的另一个方案，其可以按如上所述在在线系统中制造，或不限于在在线系统中制造，涉及在法布里-珀罗结构或电介质堆叠成形结构内提供有机电介质层，其中有机电介质层具有变化的厚度，并且其中具有变化厚度的电介质结构的效应仅可以在放大的情况下看见。
设置变化厚度的电介质层已经在美国专利5,877,895中公开，该专利以Shaw等的名义在1999年3月2日公开。Shaw等公开了通过施加变化的热量来产生具有不同厚度的电介质层。由于装置的尺寸对提供厚度差是必要的，变化厚度的相邻区域很大，效果显著，这显然是需要的。
Shaw等的专利没有提到或暗示提供隐形的防伪特征。
相反，在本发明的方案中，提供一种防伪装置，其中电介质层具有多个相邻区域。电介质层的至少一个相邻区域具有小于相同层的相邻区域的厚度。至少一个区域的尺寸足够小，使得来自两个相邻区域的视觉效应对人眼来说不可见，然而，在放大10∶1或更大时，视觉色差是可见的。优选不同的颜色区域在颜色上彼此不同，德尔塔E值至少为10。
本发明的另一个目的是提供一种点阵光栅，其具有整个为不同厚度的电介质隔层，由此根据不同的厚度提供不同的视觉颜色。
因此，本发明的一个目的是提供一种防伪装置，其具有形成法布里-珀罗腔体或者在电介质层的电介质堆叠内的电介质层，其中电介质层具有变化的厚度，当可见光入射其上时，形成具有不同颜色的光学腔体；并且其中在不放大的情况下，看不出不同颜色的视觉效应。另外，每个不同区域本身的颜色随视角改变。
发明内容
根据本发明的一个方案，提供一种其中具有有机电介质层的多层薄膜滤色器(filter)，所述有机电介质层横跨滤色器的多个区域，其中所述电介质层是压印的从而界定具有不同均匀厚度的多个区域，其中，所述电介质层的一些相邻区域具有不同的均匀厚度，并且其中压印的相邻区域中的一个区域的尺寸使得所述该区域的颜色是均匀的，且不能被人眼看成与其相邻区域的均匀颜色不同的颜色，并且其中一个区域内的颜色放大至少10∶1才可以被看见。
根据本发明，进一步提供一种多层薄膜滤色器，其中具有夹在吸收体和反射体层之间的有机电介质层，其中所述电介质层是压印的以提供通过放大才可分辨的隐形防伪信息。
根据本发明，进一步提供一种多层薄膜滤色器，包括横跨多个滤色器区域的有机电介质层，其中所述电介质层在至少一个区域中是压印的从而界定与相邻区域不同的厚度，并且其中所述压印具有产生如此光学效应的尺寸，即不放大至少10倍就不能被人眼看见；覆盖所述有机电介质层的吸收体层；以及，支撑所述有机电介质层的反射体层。
根据本发明的另一个方面，提供一种具有电介质层的多层薄膜滤色器，该电介质层具有压印有衍射光栅的第一区域，并具有没有衍射光栅以提供对比的相邻区域，其中当滤色器相对于视角倾斜时两个区域具有不同的变色效应，并且其中压印区域具有衍射和薄膜干涉效应。
根据本发明的另一个方面，提供一种涂覆方法，包括如下步骤在真空腔辊内设置压印有衍射光栅或全息图的光透射基底；并且，用油墨印刷技术进行构图而形成反射体，以便在真空腔内蒸发反射材料而不破坏真空。
根据本发明，提供一种设置色度图的方法，包括如下步骤压印有机涂层；固化有机涂层；在压印的有机涂层上进行去金属构图而形成反射层；通过基底固化以完全固化有机涂层，由此允许在相对软的有机电介质中进行压印。
根据本发明，进一步提供一种设置涂层的方法，包括如下步骤在真空腔中电介材料设置可释放基底辊；在真空腔内压印电介质材料；以及，在真空腔内涂覆电介质材料；其中涂覆电介质材料可以在压印前进行。
根据本发明，提供一种用于涂覆基底的方法，包括如下步骤(a)在真空辊涂覆机内设置基底；(b)压印基底；
(c)在基底上蒸发吸收体；(d)在吸收体层上沉积有机层；(e)在真空辊涂覆机内，在有机层上进行构图而形成反射体；进行(b)到(e)的步骤而不破坏真空。
根据本发明的另一个方面，提供一种具有有机电介质层(ODL)的滤色器，该有机电介质层形成滤色器的有效部分(active part)，其中ODL具有变化的厚度并夹在吸收体层和反射体层之间，或者其中ODL形成一对电介质层的一个，其中变化的厚度提供仅在至少放大10倍才可见的不同反射颜色。
在优选实施例中，如本文献所描述的不同厚度的电介质层形成的两个隐形颜色之间的色差ΔE值至少为10。
现在结合附图描述本发明的示范实施例，其中[38]图1是根据本发明一个实施例的多层法布里-珀罗箔片的横截面图，其中有机电介质材料变化厚度台阶层在厚度均匀的反射层和厚度均匀的吸收层之间，在电介质中压印方波图案。
图2是根据本发明一个实施例的对称的多层法布里-珀罗箔片的横截面图，其具有两个相似的结构，它们背靠背共享一个共同的中央反射层。
图3a是类似于图1的横截面图，其中在图1所示的结构和基底之间具有释放层，在可释放的基底上提供压印的箔。
图3b是具有一个电介质隔层的非对称法布里-珀罗色度图的横截面图，其具有两个不同的厚度，并且其中所述隔层压印有光栅。
图4是单个法布里-珀罗薄片的平面图，其具有单行和多列矩阵的隐形颜色区域，其中相邻的颜色区域显示不同的颜色。
图5是由于在用于压印成不同厚度的有机层的法布里-珀罗腔中压印所产生的色阶图。
图6是非对称法布里-珀罗结构的横截面图，从任一侧观看其具有颜色效应。
图7是用于制造根据本发明实施例的全息图的在线真空辊涂覆机的图。
图8是用于制造去金属ChromagramsTM的在线真空辊涂覆机的图。
图9是用于制造去金属ChromagramsTM的在线真空辊涂覆机的图。
图10是压印站的图，其中设置等离子体处理单元降低隔片(shim)的表面能量以减轻粘结。
图11是压印站的图，其中设置等离子体处理单元，以便当它脱离隔片时提供聚合物的UV固化。
图12是组合图10和11所示的实施例的压印站的图。
图13是在压印辊上的压印隔片的图，显示压印辊不期望出现的偏位。
图14是优选实施例的图，其中压印辊具有很小或没有凹陷。
图15是聚合物涂覆站的图，其中一排辊子用于减小涂覆单体的厚度。
图16是聚合物涂覆站的图，其中一排辊子用于减小类似于图15的涂覆单体的厚度，其中设置加热辊以蒸发单体。
图17是聚合物涂覆站的图，其中一排辊子用于减小涂覆单体的厚度，并且其中设置槽模(slot die)以便在第一个辊子上沉积单体。
图18显示沉积鼓的横截面图，所述沉积鼓具有与之关联的不同部件。
图19是穿过薄铝层并进入可压印的聚合物层的电子束的横截面侧视图。
具体实施例方式现在回到图1，图中示出箔片100的一部分截面，其中箔片100包括具有均匀厚度的底部反射层102；在反射层102上沉积有机电介质层104，所述有机电介质层104被压印以具有变化的厚度并产生不同厚度的电介质分隔区域。在可变厚度有机电介质层104上沉积均匀厚度的吸收层106。在优选实施例中，(a)到(e)相邻区域的尺寸应该小于能被人眼看见的像素或单元的尺寸。然而，本发明不要求所有相邻台阶或不同厚度区域小于人眼可视的尺寸，然而必须至少一个这种单元或区域具有隐形的所需特征。例如，(a)到(e)任何单元的尺寸可以足够的小以至于需要放大才能看见它，而相邻单元可以足够大以使人眼能够看见；然而，优选一个片或薄片内的几个像素或几个相邻像素具有不能被人眼单个看见的尺寸。而且，优选地，在放大状态下，几个相邻像素具有明显不同的颜色且隐藏在结构内，由此具有隐形的颜色编码或图案。参考图1，如果区域a、b、c、d和e的面积总和小于100平方微米，这大约是肉眼能看见的最小的区域，从a、b和c中区分不同的颜色是不可能的。
通过对压印深度的合理选择，区域中的电介质层a、b和c被有意的压印成不同的厚度，光线在碰到反射体后反射回到观察者，成为三种明显不同的颜色。然而由于区域a、b和c的尺寸很小，如果可以看见包括(a)到(d)限定的像素或区域，眼睛将趋向于看成一体；仅可以觉察到单个颜色。随着充分放大，将看见单个的区域(a)、(b)和(c)，并觉察不同的颜色。
优选地，色差足够大以便清楚地识别，不只是在两个非常接近的颜色之间可以区分。
在La*b*颜色空间系统中，颜色绘制在CIELAB系统的平面中，其中a*表示红和绿，b*表示黄和蓝。颜色的亮度在一个轴上，从黑或L*＝0到白其中L*＝100，所述轴与平面成直角。所以颜色在平面的中心是灰色的，色度从平面的中心向外围提高。平面的边缘限定最高的色度。例如，红光发射激光器具有高色度。在中心和边缘之间，具有各种层次的红色，如粉色。所以，存在多个这些颜色的平面，其沿L*轴或亮度值轴上下移动。对于每个三色值的光源观测组合，可以很容易计算颜色坐标并且也能测量。颜色领域的技术人员公知，任何颜料、颜色箔或任何颜色可以具有不同的外观，这取决于光源情况。例如在荧光灯下的颜色就大大不同于阳光下或钨灯下的颜色。
因此沿波长用预量的能量照射颜料得到功率对波长的图。在给定波长下，碰撞或撞击颜料的光或能的量将影响反射曲线。来自光源的光谱强度分布，与一般表示为x、y和z的眼睛反应函数及反射光谱结合在一起产生三色值X、Y和Z。
对于本发明，使用L*、a*、b*(CIELAB)颜色空间描述本发明，是因为该系统到目前为止是最均匀的(在颜色上是线性的)，在实际应用上，为世界范围内普遍接受。因此，在CIELAB颜色空间中，任何光变图像的颜色特征在于三个三色值X、Y和Z。这些三色值考虑了光源的光谱分布、光变颜料的反射和人眼的光谱敏感度。通过X、Y和Z值，L*、a*、b*坐标可以计算为L*(明亮度)、C*(彩度)、h(色度)的相关值和相关的色差即ΔL*、ΔC*和Δh的相关值。因此任何颜色都可以用L*、a*、b*表示。
颜色(L*1、a*1、b*1)和颜色(L*2、a*2、b*2)被定义为任何两个颜色之间的差，ΔE*ab＝[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2[65]实际上，不能被人的肉眼识别的隐形颜色编码设置于涂层内，其中观看此结构时只觉察单个的整体颜色。在这些隐形的不同颜色区域中，电介质的厚度在整个区域是不同的。优选这些区域形成方形或矩形波图案，然而该图案无需是周期性的。
同样，通过使用一个或多个厚度同样变化的电介质层，由高和低系数电介质层组成的变色电介质堆叠可以用作隐形涂层，以致厚度不同于其它区域的至少一个区域是肉眼不可看见的，但在适当放大的情况下是可分辨的。
制造图1结构的一种方法是(a)设置聚酯输入辊；(b)用例如Cr的吸收体涂覆一侧；(c)在Cr层上蒸发有机电介质层；(d)压印有机电介质层；以及(e)使用例如Al材料的反射层涂覆压印的有机电介质层。
现在参考图2，显示具有不同厚度小区域的对称结构。图2描述的结构在许多方面类似于图1描述的结构，然而，对于两个相同的压印电介质和吸收体涂覆层，反射体层是公共层。很方便地，将图2所示的结构破碎或磨成颜料薄片或颗粒。尽管如此，图1所示的结构也可以用作非对称颜料涂层。
尽管图1和2所示的横截面会使人推断这些区域是方形或矩形的，但本发明不限于仅压印方形、矩形等形状。也可以压印圆形、三角形或其它形状，只要一些区域足够小，无明显放大时检测不到就可以。使两侧涂覆有有机隔层104的铝箔通过反向相对的压印辊来制造图2所示的结构。使用被称为涂层浸渍法的工艺，将箔移动通过包含有机涂层/溶剂的槽，并直接拉出铝箔，接着干燥溶剂，由此沉积有机层。作为选择，可以在一侧涂覆有机涂层104，固化，经过辊压后，再涂覆另一侧。压印有机涂层后，将吸收体层沉积到压印的有机层上。作为选择，使两侧对称涂覆有反射体层和有机隔层的PET基底在反向相对的压印辊之间穿过，然后将吸收体层沉积到每个压印层上。接着将吸收体添加到每侧，然后压印。吸收体可以是金属例如镍、银或锡的无电镀(electro-less)沉积，或者可以是从真空沉积的任何半透射层。双面压印结构提供了一种适合于切碎成闪光剂(glitter)的材料，它是一种独特的变色材料。根据所需的结果，两个有机层都不需要压印。尽管优选压印区域是平坦的，并且基本上平行于反射体层，但这并不是必需的，相对于反射体层，该层可以是非零度的角度。在优选实施例中，在隐形片或薄片内的隐形颜色图案具有压印的电介质，其具有至少三个不同的厚度和至少三个不同的隐形颜色。
现在转到图3a，显示类似于图1的结构，其中在具有释放层(release layer)130的基底132上具有压印的有机结构。一旦箔从基底上被剥离，它可以用于制造具有隐形特征的薄片。
热压印结构的制造非常类似于图1中的结构，但顺序相反，其中使用的步骤是在基底上设置聚合物释放层；沉积铬层；蒸发有机电介质层；压印有机电介质；沉积反射层，接着沉积粘结层。
参考图3b，显示了法布里-珀罗衍射结构的一个不同实施例，具有压印成如虚线所示厚度的电介质层104。如果在电介质层中压印法布里-珀罗滤色器，平均压印深度的第一近似值是平均峰高和平均谷深的中点。虚线中所示的区域不是平坦的，其中具有峰和谷。由于峰和谷之间的距离在人眼的分辨率以下，因此在Cr吸收体层106添加到电介质层后，在浮雕结构下面，人从法布里-珀罗滤色器看见的全是变色的，浮雕结构与未压印的那些区域具有不同的颜色变化。由峰和谷的不同厚度产生的颜色混合在一起，以致于对人眼显示出银色。所以，来自压印区域的颜色组合是电介质峰和谷效应的总和，即银色加来自下面的明显均匀厚度的电介质的颜色变化加衍射效应。
图4是侧向尺寸大约17微米的法布里-珀罗薄片180的图，其中示出2平方微米的压印阵列或图案190，其具有不同的均匀厚度，在颜色效应上从蓝到绿变化。然而由于2平方微米的尺寸，看见颜色编码方块和区分它们的颜色需要至少放大50倍，优选地，需要放大400倍才可以很容易地分辨2平方微米的颜色。如果像素单位是80平方微米，仅需要放大1.25倍就能看见，要很容易地看见，就需要放大大约12.5倍。
图5是示出由于在用于压印成0.242-0.442微米的有机层的法布里-珀罗腔中压印所产生的色阶图。
图6表示一种可选结构，其具有与图3示出的对称结构类似但又不同的效应。尽管在两个法布里-珀罗腔之间共用反射体层102，但上腔中具有隐形涂层，其中下腔显示单色，其中没有隐形特征。下腔电介质层104b和106b也可以制成具有颜色效应的厚度，该颜色效应类似于在观看不同厚度的法布里-珀罗结构后经大脑整合出现的颜色。所以，如果制成薄片并足够小，所感觉到的颜色基本上是均匀的，即便感觉有一些变化，也是很小的。尽管此前所示的实施例阐明在一个薄片或一些区域内有几种不同的厚度，但也可以制造具有单个小区域的电介质层的薄片，所述小区域的厚度不同于薄片的其他部分，从而提供隐形特征。也应注意，具有不同厚度电介质的隐形区域可以是徽标或其它标记的形式，当充分放大时它们可以容易地被识别。
现在转到图7，其示出了用于制造全息浮雕结构的在线系统。该工艺流程开始于开卷(unwind)站80将塑料网引入真空腔。塑料网可以有用于热压印最终产品的释放强化涂层(release hard-coat layer)的涂层，或者作为选择，塑料网可以是用于制造标签或防伪线的未涂覆塑料膜，例如PET膜。在塑料网或释放强化涂层的顶部是能够压印的树脂层。还可以使用可压印的、使用释放强化涂覆的单层。涂覆的网在腔1中压印后，将移动到第一站，腔5，并用铝均匀涂覆。这产生了反射浮雕型结构，例如，能够热印到物品上用于防伪保护或者用于压敏标签的全息图。
图8示出在一个或两个通道中制造去金属ChromagramTM的整个工艺。每个腔位于自身的泵腔(未示出)中，每个腔作为一个模块，用于每个分开的操作。通过使用这种模块方法，每个模块可以物理移动，并与真空机内的另一模块互换，从而操作顺序可以容易地根据防伪产品制造方式的变动而改变。
处理腔包括开卷机80，具有压印辊82的腔1；定位传感器83设置在腔1和2之间。腔2包括油墨构图单元，其包括给墨辊84、油墨构图辊85和Al抗源86，以及可选的UV或电子束固化站。在铝沉积之后但在第一前表面辊之前，包括一个包含O2等离子体源的等离子体处理单元97，以保证烧掉任何残余的油墨，并且不会污染金属表面或留下痕迹(ghosting)。腔3具有DC磁控溅射单元87阵列，用于沉积吸收体层。腔4包括用于沉积有机丙烯酸树脂的处理单元，其后设有UV固化站89。腔5具有多袋(multi-pocket)坩锅90，用于通过电子束枪91电子束涂覆无机电介质或反射金属。在模块真空辊涂覆机系统内还设置传送监视器92、93和95，反射监视器94。
上述工艺的变化可以制造非去金属(non-demet)ChromagramsTM。在该工艺流程中，进入的网上的树脂层在腔1中压印，然后在腔3涂覆吸收体层，接着在腔5中涂覆如MgF2的无机电介质。翻转辊并在腔2中涂覆反射体，其间关闭构图单元，以完成法布里-珀罗结构。最后，将非去金属ChromagramsTM缠绕在开卷辊80上。该工艺流程显示在图8的第二流程工艺中。
也可以使用变色油墨或粘合剂来制造去金属色度图。
上述工艺的另一个变化，其中可以使用相同的模块系统，为PET释放强化涂层遇到腔1和2以产生去金属的全息图。在通过腔2以后，包括去金属全息图的PET卷直接缠绕到收卷辊86。接着用变色油墨或变色粘合剂离线处理以制造热印色度图。
现在参考图9，显示制造去金属ChromagramsTM的在线真空辊涂覆机系统。在该实施例中，施加压印树脂作为第一步。将PET网引入到真空涂覆机，并在腔4中用丙烯酸树脂涂层涂覆。在这种情况下，根据从位于亚利桑那州菲尼克斯的Sigma技术有限公司得到的技术，涂漆是UV固化丙烯酸单体的涂层。根据使用的单体，在腔4中设置UV灯或电子束，提供在固化站89发生丙烯酸树脂层的部分或全部固化。如果使用部分固化，那么铝沉积后利用另一个UV源或电子束96进行全部固化，在腔4之后使用UV灯9 UV固化透明基底，或者使用电子束穿过非UV透明网。
由于UV光降解聚合物，为了减轻由于根据Beer定律的UV吸收而使聚合物基底降解或分解的可能性，提供了一个可选实施例。所以在本实施例中，通过使用电子束枪而不是通过使用UV灯来实现聚合物的完成，该电子束枪位于基底的金属侧，在第一前表面辊之前，并在铝沉积之后。在这种情况下，电子束穿过铝涂层。希望铝的厚度在10-100nm的范围内，利用电子束在空气中固化，穿透力是足够的，其中电子束必须穿过7微米级别厚度的钛箔。优选地，和根本不存在金属相比较，穿过全部聚合物深度，需要更高的电压驱动电子束源，但这仍明显小于大气电子束固化系统。尽管在图中未示出，但聚合物涂覆之后可以设置等离子体处理，以增加表面能量提高金属粘合。
现在参考图18显示的系统，其中，卷轴182a给鼓180提供基底材料的未涂覆网183，即聚合物基底，并进一步提供给随后的卷轴182b。在离开卷轴182a之后，网183通过沉积单元185和用于沉积聚合物的部分固化的等离子体处理器184。通过金属沉积源186在有机电介质涂覆网183上沉积例如铝的反射金属。电子束枪181穿过薄铝涂层192以充分固化可压印的聚合物194。图19是电子束193穿过薄铝层192以充分固化可压印的聚合物194层，聚合物194层被下面的聚合物基底183支撑。
而且，在进一步施加聚合物涂层之前并在金属化之后可以进行等离子体处理。一些聚合物不容易粘合，因此总是优选使用等离子体处理来制备表面，以确保表面能量最大化，有助于沉积涂层浸湿表面。等离子体处理在施加聚合物之前是氩/氮等离子体处理，以便不会有阻止聚合物固化的氧气存在，而在金属沉积前的丙烯酸树脂的等离子体处理是使用氩/氧等离子体来提供一些氧，以便通过氧化物来帮助在聚合物和金属之间的直接化学键合。
在网从腔4通过后，它通过腔2，在此沉积构图或未构图的铝层。设置等离子体O2源97以清洁任何残余的油墨并阻止或减轻痕迹。然后将网移到腔1。
优选腔1使用柔性(compliant)鼓，以便压印是有效的。钢鼓用不挥发(outgass)的硬橡胶套包裹。可以加热压印辊，并冷却鼓上的橡胶。可以选择性地施加压印，或者在网的全部表面，或者按指示仅施加在铝区域上。油墨构图过程技术是可以商业获得的。在这一点上，不需使用其它的工艺步骤，辊可以直接移动到收卷辊，来制造去金属全息图或其它类型的去金属浮雕结构或非去金属的结构。接着在无铝区域用变色油墨涂覆这些结构，以制造油墨基的或OVP粘合剂基的ChromagramsTM。这种涂层布置使得可以在铝中压印，它消除了有机层弄脏压印辊的可能性。
为了进一步处理，网移动到腔3和5，在此涂覆吸收体层(Cr)，在相反方向沉积电介质层(MgF2)和全反射层(Al)。在这种情况下，最终的收卷发生在开卷辊80上。作为选择，为了用有机电介质而不是无机电介质来制造色度图，该网可以用吸收体层涂覆，在机器上翻转，然后用有机丙烯酸树脂层涂覆，随后涂覆反射铝层。在这种情况下，最终的收卷也发生在开卷站。
工艺流程包括[89]1)塑料膜(例如PET G型)→压印→在网的整个宽度上镀铝→全息或衍射标签。
2)塑料膜加释放/树脂→压印→在网的整个宽度上镀铝→热压浮雕反射全息图或制造有/无标记的衍射薄片。
3)塑料膜→UV丙烯酸树脂→固化→镀铝→压印→全息或衍射标签。
4)塑料膜→UV丙烯酸树脂→局部固化→用图案镀铝→压印→全部固化→蒸发吸收体层→沉积电介质层→沉积反射体层→去金属标签色度图。(注可以根据铝区域或横跨有铝和无铝区域进行压印)[93]5)带释放/树脂的塑料膜→用图案镀铝→压印→沉积吸收体层→沉积电介质层→沉积反射体层→热印去金属色度图。
6)带释放/树脂的塑料膜→沉积吸收体→UV丙烯酸树脂→沉积反射体→沉积反射体→热印非去金属色度图。
7)塑料膜→沉积吸收体→UV丙烯酸树脂→沉积反射体层→沉积反射体层→标签非去金属色度图。
压印[96]可以用各种不同的方式进行压印。可以用足够的压力将隔片压到聚合物中，以迫使聚合物流到隔片轮廓中。如果利用加热来软化聚合物，这将变得更容易。作为选择，可以使用熔点较低的聚合物，甚至在极端情况下，可以使用液态单体，此时要进行固化，同时液体占据隔片轮廓，并使聚合物固化。
当使用压力或热和压力时，随着压力的减小，聚合物有轻微松弛的趋势，聚合物部分恢复平坦表面。因此衍射光栅或全息图可能出现比原始隔片更低的亮度。全深度压印通常要求一些热量和压力一起使用；接着热辊夹(nip)，立即用冷却辊尽快除去热量，以限制聚合物松弛的量。
固化仍与隔片接触时的聚合物的UV固化工艺为获得全深度压印提供了最好的可能性，然而产生了一些释放的困难。
甚至在大气压下压印也可能是困难的，并且困难程度取决于压印隔片的质量和压印图案的轮廓。例如与方波零级衍射型或深纵横比图案比较，正弦和锥形图案是更容易处理的轮廓。
问题是针对释放延展性聚合物的隔片。有时聚合物可以与基底分开并阻塞隔片，然后它不能在下一个和接下来的运转中压印。为了使聚合物粘住操作者的倾向最小化，在大气压下的系统中将使用释放剂喷涂隔片。
可是在真空系统中该问题将变得严重，很难确认隔片何时需要另外使用释放喷涂，因此控制隔片表面的方法是本发明的一个方面。根据本发明的实施例，如图10所示，隔片可以用包含氩和第二组分的气体混合物的等离子体处理，所述第二组分例如氟化气体，使得可以降低隔片的表面能，由此隔片被涂覆，表面被处理成具有类似于例如PTFE的不粘结表面的低能表面。
作为给隔片提供释放涂层的一种方法，在图10中示出与压印辊101相邻的等离子体处理器104a，以使隔片氟化。使用具有低水平氟化的氟化等离子体会将PTFE型不粘结涂覆单层，或更少，沉积到表面上。随着被释放而被聚合物带走从而失去的任何单层在隔片下一转通过等离子体期间被替换。
作为选择，作为UV源的惰性气体等离子体可以用于使仍在隔片中的聚合物现场固化。如果聚合物涂层已经金属化，这就不太行得通了。
这些可以结合在单个的等离子体中，但聚合物表面也会被氟化，并因此变得不粘合。这会使聚合物更难添加涂层，且仅在如果聚合物涂层是最终层的情况下有用。
现在参考图11，随着其离开隔片，惰性气体等离子体提供聚合物UV固化，以便帮助使压印深度最大化。如果聚合物仍处在隔片中时，UV穿过并固化聚合物，它能以两种方式帮助聚合物从隔片释放。一种是漂白(fuller)固化增加聚合物强度，第二种是随着固化发生，聚合物厚度通常收缩，这会有助于将聚合物拉出隔片。
图12示出了优选实施例，其中在同一个隔片中使用两个等离子体104a、104b。将两个工艺包括在一个等离子体可以作为选择，但不是优选的。如果这样做，压印的聚合物不幸地也会具有低能表面，这会使在该表面上粘结下一层更困难。
现转到图13，其显示一种压印装置，其中，显示了非柔性压印辊上的隔片130。通常当不用柔性辊压印时，随着压力的增加，会使压印辊132偏位，如虚线所示，这样就会使压印深度从网的中心到边缘发生变化。如图14中显示的一个选择，是利用硬压印辊142，其具有超出隔片的边缘的台阶端部144，且直径更大。这界定了辊可以一起运转的接近程度，由此随着载荷被辊的较大直径的端部承受，它阻止了压印辊偏位。这些端部的直径需要考虑基底厚度和要压印的聚合物层。有利的是，这允许使用较硬的复合柔性辊或硬金属压印辊。
聚合物沉积工艺[109]现在参考图15，使用具有不同直径和/或以不同速度旋转的一系列辊151a到151f作为一种降低在连续辊上单体负载的方法，以将优选量的单体沉积到由冷却沉积鼓157支撑的网155上。使用冷却辊151a到151f使得可以使用具有较高蒸汽压的聚合物，否则，这样的蒸汽压会过高。作为选择，使用印刷型辊组作为将单体从液槽中取出并将单体厚度在每个辊上连续降低到所需薄度的装置。
图16示出图15的可替换实施例，其中最后的辊151g是蒸发单体的加热辊。然后蒸汽凝结到经过的冷却沉积鼓上的基底上。
图17示出第三种变化形式，其中通过耦合到辊组的槽模来蒸发单体，以便在直接或通过热辊蒸发方法涂覆网之前提高均匀度。
在不脱离本发明的精神和范围下当然可以预见大量的其它实施例。
权利要求
1.一种其中具有有机电介质层的多层薄膜滤色器，所述有机电介质层横跨滤色器的多个区域，其中所述电介质层是压印的从而界定具有不同均匀厚度的多个区域，其中，所述电介质层的一些相邻区域具有不同的均匀厚度，并且其中压印的相邻区域中的一个区域的尺寸使得所述该区域的颜色是均匀的，且不能被人眼看成与其相邻区域的均匀颜色不同的颜色，并且其中一个区域内的颜色放大至少10∶1才可以被看见。
2.如权利要求1所述的多层薄膜滤色器，其中所述多层中的一层是吸收体层，其比压印的有机电介质层的厚度更均匀。
3.如权利要求2所述的多层薄膜滤色器，其中所述多层中的一层是反射层，其比压印的有机电介质层的厚度更均匀。
4.如权利要求3所述的多层薄膜滤色器，其中所述反射体层比吸收体层的厚度更均匀。
5.如权利要求1所述的多层薄膜滤色器，其中放大至少100倍才可以看见色差，并且其中放大10倍或更低倍数则不可察觉色差。
6.如权利要求1所述的多层薄膜滤色器，其中具有与另一相邻区域不同厚度的压印电介质层的一个区域中压印有衍射光栅，并且其中所述压印区域的平均厚度不同于相邻区域的厚度。
7.如权利要求6所述的多层薄膜滤色器，其中所述压印区域具有衍射效应和变色效应，并且其中相邻区域仅具有变色效应。
8.如权利要求7所述的多层薄膜滤色器，其中所述薄膜滤色器是色度图。
9.如权利要求1所述的多层薄膜滤色器，其中所述滤色器包括颜料薄片，并且其中压印区域中的一个区域具有隐形防伪特征。
10.如权利要求9所述的多层薄膜滤色器，其中所述隐形防伪特征是标记的形式。
11.如权利要求1所述的多层薄膜滤色器，其中所述多个不同颜色区域界定仅通过放大才可分辨的隐形颜色编码。
12.如权利要求1所述的多层薄膜滤色器，其中所述压印电介质层的一个区域在相邻区域具有非正弦压印，并且其中所述压印形成具有平底的多个腔，并且其中所述多个腔不被眼所分辨。
13.如权利要求12所述的多层薄膜滤色器，其中所述多个腔是方形的、矩形的、圆形的或三角形的。
14.一种其中具有夹在吸收体和反射体层之间的有机电介质层的多层薄膜滤色器，其中所述电介质层是压印的以提供通过放大才可分辨的隐形防伪信息。
15.如权利要求14所述的多层薄膜滤色器，其中所述吸收体层和反射体层是非压印的，并具有基本均匀的厚度。
16.如权利要求14所述的多层薄膜滤色器，其中所述反射体层是压印的以提供通过放大才可分辨的隐形防伪信息。
17.如权利要求14所述的多层薄膜滤色器，其中所述吸收体层是压印的以提供通过放大才可分辨的隐形防伪信息。
18.如权利要求16所述的多层薄膜滤色器，其中所述吸收体层是压印的以提供通过放大才可分辨的隐形防伪信息。
19.一种多层薄膜滤色器，包括横跨多个滤色器区域的有机电介质层，其中所述电介质层在至少一个区域中是压印的从而界定与相邻区域不同的厚度，并且其中所述压印具有产生如此光学效应的尺寸，即不放大至少10倍就不能被人眼看见；覆盖所述有机电介质层的吸收体层；以及，支撑所述有机电介质层的反射体层。
20.如权利要求1所述的多层薄膜滤色器，其中所述多个不同颜色区域在颜色上彼此相差至少ΔE，所述ΔE的值为10。
全文摘要
本发明公开了一种在法布里－珀罗结构中以有机电介质层作为分隔层的多层薄膜滤色器。该电介质具有变化厚度的压印区，其中一个区内的厚度是基本均匀的。具有不同厚度的每个不同的区产生不同的颜色(变化)。一个压印的相邻区的尺寸使得所述一个区的颜色是均匀的，并且不能被人眼看出颜色与其相邻区的均匀颜色不同，并且其中放大至少10∶1才可以看见区内的该颜色。这用于作为防伪装置的隐形颜色编码系统。
文档编号G02B5/28GK1880980SQ20061008693
公开日2006年12月20日 申请日期2006年6月19日 优先权日2005年6月17日
发明者罗杰·W.·菲利普, 罗伊·宾 申请人:Jds尤尼弗思公司