[发明专利]光学有效的表面起伏微观结构及其制造方法

说明书

本申请是申请号为200780017326.3、申请日为2007年5月7日、发明名称为“光学有效的表面起伏微观结构及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有特有颜色外观的光学器件，该光学器件例如可用于保障文件和物品不被假冒和伪造。

更具体地说，本发明涉及元件及其制造方法，所述元件具有至少一个表面区域，该表面区域带有光学有效的表面起伏微观结构。

背景技术

一般来说，现在将光学器件用于防止假冒、非法篡改以及产品保护是一项完善的技术。

由于日益增加的欺诈和伪造，经常需要新型的防伪手段。许多年来，全息图成为优选的安全技术。同时，该技术已经超过30年因此为人公知且广泛应用。现今甚至可以在每个礼品店中发现全息箔片。这种情况代表了一种安全风险，因为许多人可以接近全息图技术。由于可以利用数字全息图打印机，进一步打开了易于使用全息制版系统的途径。这些打印机可以生产许多不同类型的全息图，并且所需的全息设置或激光记录器的知识很少。这类设备可以制备母版，用于随后的金属母版制造以及大量复制成薄膜。

因此，最理想的是通过与全息器件明显不同的新型安全特征来扩展安全器件的调色范围(palette)。这类新器件的实例是可选的光学可变器件(OVD)。OVD是在改变视角或照射角时改变其外观的器件。色移(colorshift)器件是OVD的亚类。色移OVD在改变视角或照射角时改变它们的颜色。具有显著代表性的色移OVD是胆甾相膜或干涉膜，包括基于这些膜的薄片的光学器件。它们都在器件倾斜离开垂直视角时表现出明显的色移。在这类色移器件中观察不到彩虹色，彩虹色是标准批量生产的全息器件的特有特征。

在现代薄膜元件的历史中，在光学薄膜处由于光的干涉产生的色移效果有很久的传统(例如，1998Artechouse Boston由R.L. van Renesse编辑的“Optical Document Security”中由J.A.Dobrowolski所著的“Optical thin-film security devices”)。分层薄膜系统的多种不同组合物是可行的。例如在法线光入射时获得特有的反射光谱。在入射角增加时，反射光谱或透射光谱朝向短波长侧偏移。通常为介电层和金属层的组合的多层薄膜系统也可以仅具有介电材料。在这种情况下，需要折射率不同的薄膜。

基于干涉薄膜或这类膜的薄片的安全器件在当今是可商业利用的。例如可以在Flex Products公司的美国专利US-5084351和US-6686042中找到示例。

其它方案是散射器件。在OVD中利用各向同性以及各向异性的散射效果可以显著增强光学吸引力。特殊的各向异性的光散射有助于产生视角灵敏型器件。图1.1和1.2分别表示各向同性和各向异性的光散射。

在构造成各向同性的表面(例如新闻纸或家用物品中遇到的大多数表面)处的反射使得没有优选的方位角方向。如图1.1所示，准直的入射光1在散射表面2处沿新的出射方向3重新定向，并具有特有的轴对称输出光分布以及特有的发散角4。

然而，构造成各向异性的表面明显地沿某些方向反射光并且抑制沿其它方向的光。在图1.2中，准直的入射光1照射在各向异性的散射表面5上，沿新的出射方向6重新定向，并具有特有的输出光分布7，输出光分布7取决于对应的方位角8、8’。

为了表示信息，可以形成具有各向异性散射性能以及不同的各向异性方向取向的个体像素的图案。这样，对应的器件可包括构图的各向异性散射表面，该表面表示出诸如文本或图片等的图像。由于根据特定的像素取向反射或抑制沿给定方向的光，所以看到明暗像素的图像。此外，这些器件在倾斜或旋转时表现出从正视图到负视图的明显改变。这些表面构图的器件例如可如下生成。首先，光栅化相关的灰度图像，这意味着将该图像以一定的像素分辨率分成暗区和亮区。因而，暗区(像素)有助于各向异性地散射第一取向方向的区域，亮区有助于各向异性地散射不同取向方向(例如垂直于第一取向方向)的区域。图2中示出了具有该取向布置的2×2像素的方块。像素10和10’沿一个方向取向，像素11和11’与它们交叉取向。具有类似于此布置的像素图案的器件将在第一视角下显示为正，而当器件例如旋转90°时将翻转为负。