專利名稱：多層膜體形式的保護元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及多層膜體形式的保護元件，該保護元件具有復印漆層和薄膜層，用于通過干擾產生視角相關的色移效應，且在復印漆層和薄膜層之間的界面中成形浮雕結構。本發明還涉及具有這種保護元件的保密文檔，以及用于制造這種保護元件的工藝。
光學可變保護元件常常用于阻止和防止(如果可能)文檔或產品的復制或濫用。因而，光學可變保護元件常常用于保護文檔、鈔票、信用卡、現金卡等。在這方面，對光學可變元件而言，設置通過干擾產生視角相關的色移效應的薄膜是眾所周知的。
作為示例，WO 01/03945 A1描述具有透明基片的保護產品，其一側施加有取決于觀看者視角產生可察覺色移的薄膜。在該情形中，該薄膜包括施加于透明基片上的吸收層、和施加于吸收層上的介電層。該吸收層包括由以下材料之一或這些材料的組合制成的材料鉻、鎳、鈀、鈦、鈷、鐵、鎢、鉬、氧化鐵或碳。介電層包括以下材料之一或這些材料的組合二氧化硅、氧化鋁、氟化鎂、氟化鋁、氟化鋇、氟化鈣、或氟化鋰。
衍射圖被施加于透明基片的另一側，以進一步增大防止復制的保護程度。該衍射圖用作衍射光柵，從而可通過該二維圖案對觀看者產生例如三維圖像的幻象。
還提出了衍射圖可壓印在透明基片的施加有薄膜的那一側上。
光學可變保護元件的這兩種配置規定由薄膜層產生的光學效應和由衍射圖產生的光學效應在該光學可變元件的各個位置上疊加，因此給出了由這兩種效應構成的整體光學效應，即例如色移效應和全息圖的疊加。
此外，WO 02/00445 A1描述一種光學可變保護元件，它包括多個互相疊加層并具有產生視角相關色彩變化的如前所述的光學效應的薄膜。該光學可變保護元件還具有壓印有浮雕結構的復印層。該浮雕結構產生進一步的光學效應，即如前所述的通過它可顯示全息圖等的衍射效應。在這方面，根據制造過程，首先將薄膜層施加于復印層上，然后通過壓印施加浮雕結構。
相關地，提出了兩個過程用于分離由薄膜和浮雕結構產生的光學效應一方面提出在通過衍射產生全息圖的浮雕結構和產生色彩變化的薄膜之間施加一不透明層。浮雕結構通過該不透明層與薄膜結構分隔開。第二種可能性涉及在通過衍射產生全息圖的浮雕結構和薄膜之間排列兩個或多個層的基本透明介質。這些層可包括一個或多個高度折射層和粘合層。產生全息圖的浮雕結構區域中光線的反射及其強度通過這些層增加，并且全息圖因此相對于薄膜的色移效應突出。
現在本發明的目的是改進具有用于通過干擾產生視角相關色移效應的薄膜的光學可變保護元件的制造，并提供具有該類薄膜層的經改進光學保護元件。
本發明的目的通過多層膜體形式的保護元件來實現，該保護元件具有復印漆層和用于通過干擾產生視角相關色移效應的薄膜層，且其中在復印漆層和薄膜層之間的界面上第一浮雕結構成形于該保護元件的第一區域，其中第一浮雕結構適于抑制薄膜層色移效應的產生，從而在保護元件的設置有第一浮雕結構的第一區域中不呈現色移效應，而在保護元件的未設置第一浮雕結構的第二區域中呈現該薄膜層所產生的色移效應。本發明的目的還通過多層膜體形式的保護元件的制造工藝來實現，其中在多層膜體的復印漆層中第一浮雕結構成形于保護元件的第一區域，此外薄膜層施加于該復印漆層之上用于通過干擾產生視角相關色移效應，其中在保護元件的第一區域中成形為第一浮雕結構的是抑制薄膜層產生色移效應的一種浮雕結構，從而在保護元件的設置有第一浮雕結構的第一區域中不呈現色移效應，而在保護元件的未設置有第一浮雕結構的第二區域中呈現由薄膜層產生的色移效應。本發明的目的還通過多層膜體形式的保護元件的制造工藝來實現，其中在多層膜體的復印漆層中第一浮雕結構成形于保護元件的第一區域，此外將薄膜層施加于復印漆層上用于通過干擾產生視角相關色移效應，且其中在保護元件的第一區域成形為第一浮雕結構的是改變由薄膜層產生的色移效應的一種浮雕結構，從而在保護元件的設置有第一浮雕結構的第一區域中由薄膜層產生第一色移效應，而在保護元件的未設置第一浮雕結構的第二區域中由薄膜層產生與第一色移效應不同的第二色移效應。
薄膜層原則上通過產生視角相關色移的干擾層結構(滿足λ/2或λ/4條件)來區分。在這方面，薄膜層可以是反射元件或透射元件的形式。因此薄膜層原則上可包括具有極高折射率的單一層(λ/2或λ/4層)、三個或更多個具有交替的高折射率和低折射率的介電層、或者兩個或多個交替的金屬層和介電層。因而，例如薄膜層具有金屬吸收層(最好具有30％和65％之間的透射)、作為色變生成層的透明間隔層(λ/2或λ/4層)、作為反射層(反射元件)的金屬層、或光學分離層(透射元件)。
嚴格而言，λ/2或λ/4條件假設λ是薄膜中的波長，從而也可考慮薄膜的折射率以滿足該條件。在反射情形中(λ/4條件)，如果薄膜層的厚度是薄膜中光線波長λ的1/4、3/4等，概括之即如果t=(m+12)λ02n=(m+12)λ2m=0,1,2,...]]>則對于垂直入射光線而言光線的相長干擾在薄膜層上發生。其中λ0是空氣的波長，而λ是折射率為n的薄膜的波長。
此外，薄膜的折射率不固定而更為復雜(例如波長相關)、且中介層具有不相關于視角改變并可疊加在通過干擾產生的色移效應上的適當固有色彩也是可能的。
以下適用于不垂直于薄膜平面入射的光線t=λ02ncosθ]]>其中θ是光線的入射角。因為對薄膜的厚度進行了適當的選擇，所以這提供了此前提及的視角相關色移效應。
在這方面，本發明基于這樣的概念通過在復印漆層和薄膜層之間的界面上成形適當的浮雕結構，薄膜層在該浮雕結構的區域中產生色移效應得到了抑制，且因此提供了以圖案形式構建色移效應的極為便宜、環境友好且精確可行的方法。
本發明一方面降低了制造保護元件的成本，其中薄膜層產生的色移效應不設置在所涉及的整個表面區域上，而是設置在圖案區域或背景區域中。本發明在該類保護元件的制造中省去了成本較高且對環境有害的工藝步驟。因而，去除了例如在薄膜層的部分成形中必要的印刷、蝕刻和剝離工藝。
還可發現通過本發明可實現極高的分辨率水平，因而可能實現包括極細輪廓的圖案區域。根據本發明的工藝使得實現比通過其它工藝獲得的分辨率水平(例如第一浮雕結構的結構元件的寬度，在波長區域內但在可見光的波長之下)高1000倍的分辨率水平成為可能。這樣還可通過這些迄今所使用的工藝實現主要優點，且對本發明而言制造具有防復制和偽造的高級保護的保護元件是可能的。
本發明的有利配置在所附權利要求中闡述。
已發現抑制薄膜層產生色移效應的浮雕結構根據浮雕結構的各個結構元件的較高厚度寬度比來區分。
該類浮雕結構具有比成形后用于在保護元件中產生光學效應的普通浮雕結構實質上更有效的表面區域。這樣-根據經簡化的說明性模型-薄膜層的有效厚度、以及產生色變的薄膜層的間隔層的有效厚度可顯著減小，使間隔層因為該浮雕結構不再滿足λ/2或λ/4條件。因而，在該浮雕結構的區域中出現不同的色移效應-或者隨著間隔層的有效厚度的相應較大減小-不再有任何色移效應，即不再有觀看者可見的任何色移效應。該觀看者在浮雕結構的區域中看到不同的色移效應，或者未看到視角相關的色移效應。因此，鑒于通過浮雕結構產生色變的間隔層的有效厚度的減小，由薄膜產生的色移效應被該浮雕結構抑制。
該效應發生的關鍵是浮雕結構的單個結構元件的較高的平均厚度寬度比，以及對于結構元件而言相應較小的間隔，其中平均厚度寬度比應當大于0.5，間隔應當小于200μm，最好小于10μm(衍射浮雕結構)。這樣，厚度寬度比的具體選擇取決于具體浮雕結構和薄膜層，實質上取決于產生色變的一個或多個間隔層的厚度，并且可通過實驗或分析來確定，如下文中通過作為示例的多個實施例所示。
調查已揭示根據厚度寬度比1，有效的層厚有極大的較小，且厚度寬度比在1和10的范圍之間的衍射浮雕結構特別適于確保不再在第一浮雕結構的區域中產生色移效應。
如前所述，這些浮雕結構不僅可用于規定薄膜層不再在浮雕結構的區域中產生色移效應，但它們也可用于規定在浮雕結構的區域中，產生與浮雕結構的結構參數所預定的不同的色移效應。這樣還可能規定第一區域中的影像顯著地不同于未設置該浮雕結構的第二區域中的影像。因而，例如在第一區域中發現有從綠色到藍色的視角相關色移效應，而在第二區域中發現有從紅色到綠色的視角相關色移效應。
這樣該效應還可用于通過一工序適當結構化來產生一類真彩圖像，通過該工序縱橫比(結構元件的厚度寬度比)局部地改變從而根據該縱橫比的選擇對真彩圖像的每個像素局部地設置色彩。因而，例如浮雕結構的厚度根據對相應像素提供的色彩隨著固定光柵頻率而改變是可能的。
根據本發明的一個較佳實施例，第一或第二區域形成司標、文本或圖像形式的圖案區域，且該兩個區域的相應另一個形成背景區域，從而圖案區域由于第一和第二區域的不同動作而清晰突出。這樣，第二浮雕結構最好在第二區域的界面內成形，從而在該第二區域中由第二浮雕結構產生的光學效應與薄膜層產生的光學效應疊加在一起。
對于例如扭索狀圖案的細線圖案而言在第一和第二區域上延伸也是可能的。在這方面使用本發明的特別優點是該細線圖案可飾有金銀絲，并可與全部衍射保護功能部件成對齊關系。作為示例，圖案區域呈V形，其中背景區域呈現色變效應而V形區域不呈現任何這種色變效應。此外，扭索狀圖案在圖案區域和背景區域上延伸。具有高厚度寬度比的浮雕結構成形于V形圖案區域。具有低厚度寬度比、最好是厚度寬度比小于0.2的浮雕結構用于形成在圖案和背景區域上延伸的扭索狀圖案的線。
第二浮雕結構在此最好通過例如全息圖或KINEGRAM的具有光學衍射效應的結構來形成。然而，對于浮雕結構而言，用作產生相應光學可變效應的宏觀結構或方塊斜紋結構也是可能的。
可能將本發明用于其中由薄膜層產生視角相關色移效應的區域，以及其中由排列成互相疊加對齊關系的較佳衍射結構產生進一步的光學可變效應的區域，并因此將本發明用于要生成的保護功能部件，在該保護功能部件中兩個上述光學效應以準確對齊關系疊加。這種保護功能部件僅可通過將部分薄膜層施加于設置有衍射結構的復印層上才能極為困難地模仿，因為施加或去除以對齊關系配合于衍射結構的薄膜層有極高的技術要求。
根據本發明的另一較佳實施例，對觀看者而言可產生從觀看者可看到強烈色移效應的區域到觀看者不再看到色移效應的區域的連續進展。出于該目的，局部色移效應的強度以灰度圖像的方式根據局部“灰度值”來確定。這樣，局部“灰度值”根據關于第一浮雕結構所包括的表面區域的局部比例來確定。因而，“色移圖像”可憑借通過本發明實現的高分辨率水平、通過本發明來產生。這種“色移圖像”通過薄膜層的部分施加的產生相反是極為困難，并且具有極高的技術復雜性、需要投入極大的精力。
這樣，“色移圖像”的“灰色陰影”最好根據成形有第一浮雕結構的第一光柵區域和未成形有第一浮雕結構的第二光柵區域的比來確定。這樣，單個光柵區域的尺寸最好小于300μm，最好約為50μm。
這樣，薄膜層可能是透射薄膜層或反射薄膜層的形式，且薄膜層可由多個介電層、多個介電和金屬層、或一個珍珠粉層組成。部分反射層也可能排列在復印漆層和薄膜層之間，從而產生其中僅有例如反射光學衍射效應可見的區域。也可能將部分反射層施加于在其整個表面區域上透光的薄膜層，以便于提供具有透射和反射區域的保護元件。憑借這些變體及其組合，基于本發明的基礎概念實現復雜的、和吸收光的保護元件是可能的。
較佳地，具有浮雕結構的單個結構元件的高厚度寬度比的衍射結構被用作適于抑制或產生薄膜層的色移效應的浮雕結構。這樣可發現特別是對于0.75和5之間的厚度寬度比可實現好的結果。10倍的厚度寬度比也是可能的。
根據本發明的又一較佳實施例，適于抑制或產生薄膜層的色移效應的浮雕結構是這樣一種浮雕結構其厚度在x方向和y方向上都有變化；浮雕結構的相鄰凸起部分的平均間距比該浮雕結構的平均輪廓厚度小；且浮雕結構的相鄰凸起部分彼此相距小于200μm，因而低于人眼的分辨能力。該類結構還可包括具有滿足前述條件的隨機表面輪廓的結構。該類結構可通過UV復印工藝得到特別好的實現。
然而，較佳地浮雕結構被用作是坐標x和y的周期性函數的這種浮雕結構，其中該浮雕結構的厚度在x方向和y方向上周期性地改變，且其中x方向和y方向上的周期長度小于或等于浮雕結構的結構厚度。這種浮雕結構的一種有利實施例包括由兩個彼此基本上成直角關系排列的基本光柵組成的交叉光柵，且其中基本光柵的周期長度小于或等于第一浮雕結構的結構厚度。
特別地，如果相鄰凸起部分的平均間隔或周期長度的至少之一小于可見光的極限波長，則可用上述浮雕結構實現特別好的結果。
已進一步發現當薄膜層在成形上述浮雕結構的操作之后通過濺鍍或氣相沉積施加于復印漆層時，可實現特別好的結果。在該情形中，薄膜層以相同方式施加于第一區域和第二區域，因而相對于表面區域具有相同的標稱密度。根據本發明的保護元件最好用于保護鈔票、信用卡、現金卡、文檔或文章。這樣，保護元件最好通過形成轉移膜、特別是熱印膜或層壓膜的多層膜體來形成。
本發明在下文中參照附圖通過眾多實施例舉例來描述，在附圖中
圖1示出根據本發明的保護元件的示圖，圖2示出根據本發明的具有保護元件的保密文檔的示圖，圖3示出函數ε＝f(h，d)的圖示，圖4示出具有高厚度寬度比的浮雕結構的橫截面示圖，圖5a～5d示出具有不同厚度寬度比的浮雕結構的橫截面示圖，圖6示出薄膜層實施例的反射程度與入射光線的波長和有效厚度的相關性的圖示，圖7示出圖6薄膜層的反射程度與或偏振光的波長和入射角的相關性的圖示，圖8a～8c分別示出根據本發明的保護元件的平面視圖的圖示，圖9示出用于根據本發明的保護元件的浮雕結構的示圖，
圖10示出根據本發明另一實施例的保護元件的示圖，以及圖11a和11b示出用于圖10保護元件的浮雕結構的示圖。
圖1示出多層膜體形式的保護元件11，該保護元件11具有載體膜10、剝離層20、保護漆層21、復印漆層22、薄膜層23和粘合層24。
保護元件11是印膜，特別是熱印膜。然而，保護元件11也可能是層壓膜或粘貼膜的形式。
載體層10包括例如層厚為10μm和50μm之間、最好厚度為19μm和23μm之間的PET或POPP膜。剝離層20和保護漆層21然后通過凹雕光柵滾筒施加在載體膜上。在該情形中，剝離和保護漆層20和21的厚度最好在0.2和1.2μm之間。省卻這些層也是可能的。
然后施加復印漆層22。
復印漆層22最好包括可輻射交聯復印漆。最好UV復印工藝用于在復印漆層22中成形浮雕結構25和26。在該情形中，可UV硬化漆被用作復印漆。這樣，在可UV交聯復印漆層中產生浮雕結構25和26的操作例如通過在將浮雕結構成形于柔軟或液態的漆層的操作中的UV輻射、或通過可UV交聯漆層的部分輻射和硬化來實現。在該情形中還可能使用另一種可輻射交聯漆來替換可UV交聯漆。
復印漆層22可能包括透光的熱塑材料。例如浮雕結構25和26的一個或多個浮雕結構然后通過壓印工具壓印在復印漆層22中。
復印漆層22要采用的厚度根據浮雕結構25和26所采用的輪廓厚度來確定。有必要確保復印漆層22有足以使浮雕結構25和26形成的厚度。最好復印漆層22的厚度在0.3和1.2μm之間。
作為示例，在烘干之前復印漆層22通過行光柵凹印滾筒以2.2g/m2的施加重量施加于保護漆層21的所及整個表面區域。這樣，以下成分的漆被選擇為復印漆成分重量比高分子PMMA樹脂 2000無油硅氧烷醇酸樹脂 300非離子潤濕劑 50低黏度硝化纖維 12000甲苯 2000雙丙酮醇 2500然后復印漆層22在烘干通道中以100和120℃之間的溫度烘干。
然后浮雕結構25和26通過由鎳組成的陰模在約130℃壓印到復印漆層22中。該模最好是電加熱的，用于將浮雕結構25和26壓印到復印漆層中。在此情況下，在卸下該模之前，復印漆層122在壓印操作之后可再次冷卻。在浮雕結構25和26已壓印到復印漆層中之后，復印漆層22的復印漆通過交聯或某個其它方式硬化。
此外，浮雕結構25和26也可能通過燒蝕工藝在復印漆22中生成。
這樣，浮雕結構25和26涉及抑制薄膜層23生成色移效應的浮雕結構25和26。
呈現該效應的結構在浮雕結構的各個結構元件中具有高厚度寬度比，因而有效表面區域比普通浮雕結構高幾倍，這些普通浮雕結構在保護元件中成形，用于產生光學效應。
這樣-根據經簡化的說明性模型-薄膜層的有效厚度以及薄膜層的產生色變的間隔層的有效厚度可顯著減小，從而有不同的色移效應-或間隔層的有效厚度有相應的較大減小-由于該浮雕結構當間隔層不再滿足λ/2或λ/4的條件時根本不會發生色移效應。換言之，在浮雕結構的區域中，觀看者看到不同的色移效應或者不再看到任何視角相關的色移效應。這樣，該薄膜產生的色移效應憑借通過浮雕結構產生色變的間隔層的有效局部厚度的減小而通過浮雕結構得到抑制。
對發生該效應關鍵的是該浮雕結構的單個結構元件的較高的平均厚度寬度比、以及結構元件的相應較小間隔，其中該厚度寬度比應當大于0.5，而間隔應當小于200μm，最好小于10μm(衍射浮雕結構)。厚度寬度比在該情形中的具體選擇取決于具體浮雕結構和薄膜層，實質上取決于產生色變的一個或多個間隔層的厚度，并且可通過實驗或分析來確定，如以下示例所示為了可靠地抑制薄膜層產生色移效應，浮雕結構25和26不是浮雕結構厚度僅在一個方向上周期性地改變的簡單光柵，而是浮雕結構厚度在兩個方向上、例如在限定復印漆層22和薄膜層23之間的界面的兩個不同矢量方向上改變是有利的。還規定，與用于產生光學效應的常用浮雕結構相比，浮雕結構25和26的結果有效表面區域顯著增大。
已進一步發現，浮雕結構的有效表面區域的顯著增大和良好結果也可用線性光柵實現其結構厚度通過(x，y)的函數z＝f來確定的區域R中的有效表面面積S可用以下方程式來描述S=∫∫R1+fx2+fy2dA]]>周期為d、輪廓厚度為h的交叉光柵可例如通過以下函數來描述f(x,y)=hsin2(πxd)sin2(πyd)]]>
如果周期x和y是相同的，則產生以下偏微分導數fx=∂∂xhsin2(πxd)sin2(πyd)=hπdsin(2πxd)sin2(πyd)]]>fy=∂∂yhsin2(πxd)sin2(πyd)=hπdsin(πxd)sin(2πyd)]]>有效表面面積因而通過以下方程式來確定S=∫∫R1+fx2+fy2dA]]>=∫0d∫0d1+(hπd)2[(sin(2πxd)sin2(πyd))2+(sin2(πxd)sin(2πyd))2]dxdy]]>該方程式不能通過分析簡單地解出。然而，通過對該方程式的數解可驚訝地發現如果厚度寬度比h/d＞1，則指定有效表面區域取決于厚度寬度比變化的方式的系數ε顯著增大。
憑借該浮雕結構，與額定厚度t0(“平坦”區域中的厚度)相關的厚度t受厚度比ε、或其倒數-厚度縮減系數1/ε的影響如下t=t0ϵ]]>表1給出對交叉光柵的厚度比ε和厚度縮減系數1/ε，厚度寬度比數值0＜h/d≤5。
例如對于h＝2d，即當輪廓厚度是光柵周期的兩倍時，有效表面面積放大ε＝3.5倍。有效厚度t減小厚度縮減系數1/ε＝1/3.5，成為額定厚度t0的約28％。在厚度寬度比為2的浮雕結構的情形中，薄膜層的有效厚度因而為t0/ε＝0.3t0，即在該區域中薄膜層的厚度僅僅是平坦區域中薄膜層厚度的三分之一。
表1圖3以曲線圖形式示出表1的數值，并示出厚度比ε與厚度寬度比h/d的相關性。
圖4現在示出具有區域310和320的層230的橫截面視圖，這些區域設置有薄膜層230s具有不同的浮雕結構。該薄膜層在具有平坦表面的平坦區域320中有額定厚度t0，而在具有高厚度寬度比的區域310中有較小厚度t。
圖5a～5d是示出厚度寬度比對有效局部厚度t的影響的示圖。層230的浮雕結構對改變厚度h有恒定寬度d＝350nm。薄膜層230s的額定厚度t0＝40nm。
在圖5a中，層230是平坦的。薄膜層230s因此厚度最大，即額定厚度t0＝40nm。
圖5b現在示出具有厚度h＝100nm的浮雕結構的層230。厚度寬度比h/d＝0.29。這涉及具有低厚度寬度比的浮雕結構。浮雕結構凸緣上薄膜層230d的厚度僅比額定厚度t0略小。
圖5c現在示出具有厚度h＝400nm的浮雕結構的層230，即比圖5b所示浮雕結構的厚度大4倍。現在厚度寬度比h/d＝1.14。浮雕結構凸緣上薄膜層230d的厚度現在顯著比額定厚度t0小。
圖5d示出具有厚度h＝800nm的浮雕結構的層230。因此厚度寬度比h/d＝2.3。浮雕結構凸緣上薄膜層230d的厚度相對于圖5c中所示的浮雕結構的厚度再次減小。
圖6現在示出曲線圖形式的視圖，它示出用計算機程序“Gsolver”確定的薄膜層反射能力與入射光線的波長λ和有效厚度t的相關性。
薄膜層是具有厚度為275nm、排列在厚度各為70nm的兩個TiO2層之間的SiO2層的薄膜層系統的形式。在該情形中，SiO2層形成負責色變、并滿足λ/2或λ/4條件用于生成干擾效應的間隔層。薄膜層的額定厚度t0因此為t0＝(70+275+70)nm＝415nm。該薄膜層被排列在折射率為1.5并接觸空氣的塑料基片上。
該塑料基片具有對薄膜層提供不同有效厚度t的浮雕結構。如從圖6中可見，反射色彩相應地越偏移向藍色，相應薄膜層越薄。
如從圖6中進一步可見，如果有效厚度t＜100nm，則薄膜層顯現為主要部分是透光的。
這對應于在可見光光譜的低端(紅色)有色移效應的薄膜，其中厚度縮減系數1/ε＝t/t0＝100nm/415nm＝0.24。通過前面表1和圖3的比較，可從中得出為了實現厚度縮減系數ε＝4.15，厚度寬度比h/d必須＞2.4。
還可以看到，如果所涉及光線為綠光或藍光，則為了產生透光性，厚度寬度比與紅光相比可較小。此外，結果還取決于視角。因而，在可見光光譜的上端為了產生色移效應厚度寬度比應當是h/d＞0.5。如前所述，由于薄膜有效厚度因厚度寬度比h/d≥1而大大減小，厚度寬度比通常被選為≥1以便于可靠地抑制浮雕結構區域中的色變效應。
圖7現在示出用計算機程序“Gsolver”計算的曲線圖，它示出反射R對或偏振光的波長和入射角的相關性。這基于此前參照圖6所述的薄膜層。可從圖7中看出，隨著光的入射角的增大，色移在藍色方向的反射角度發生。假設在該情形中在厚度寬度比h/d＞2.4-或者甚至厚度寬度比較小時薄膜層也顯現為透光(參見以上內容)。
周期為d、輪廓厚度為h的線狀光柵可例如通過以下方程式來描述f(x,y)=hsin2(πxd)]]>這產生以下偏微分導數fx=∂∂xhsin2(πxd)=hπdsin(2πxd)]]>fy=∂∂yhsin2(πxd)=0]]>有效表面面積因而通過以下方程式來描述S=∫∫R1+fx2+fy2dA]]>=∫0d∫0d1+(hπd)2[(sin(2πxd))2]dxdy]]>=2d2πE(-h2π2d2)]]>在該情形中E(α)表示整個橢圓二階積分。
在該情形中，對該方程式的數解可驚訝地示出如果厚度寬度比h/d＞1，則系數ε顯著增大。還驚訝地發現在線狀光柵情形中系數ε的增大比以上考慮的具有相同厚度寬度比的交叉光柵情形大。
作為示例，對于厚度寬度比h＝2d系數ε＝4.2，比上述交叉光柵的值大。
前面的考慮根據對厚度寬度比的采用來相應地應用于抑制色移效應。
薄膜層在高厚度寬度比區域中的所述透光效應并不限于薄膜層的上述配置。在薄膜層的第二實施例中，這可涉及包括厚度為275nm的TiO2層(間隔層)、并排列在例如折射率為1.5的兩個塑料層之間的薄膜層。在第三實施例中，這可涉及排列在兩個塑料層之間的三個層，更具體地是厚度8nm的鉻(Cr)層、厚度為215nm的MgF2層、以及厚度為50nm的Al層。
較佳地規定浮雕結構是其周期、即兩個凸起部分之間的間隔被選為d＜λ，或者更佳地選為d＜λ/2，其中λ最好是垂直觀看時發生彩色效應的波長。這樣，就可能確保影響觀看者影象的衍射效應不會在浮雕結構區域中發生。可見光的范圍在450nm和670nm之間。因此對于人眼最敏感的波長λ＝555nm，d應當＜555nm。研究顯示如果d＜450nm，最好在300nm-350nm的范圍內，則基本上可防止討厭的衍射效應。
圖9示出可用作浮雕結構25、并適于抑制薄膜層23產生色移效應的浮雕結構的一部分的示圖。
如圖9所示，浮雕結構25是周期性函數f(x，y)，其中兩個箭頭257和258在圖4中表示關聯坐標軸。函數f(x，y)在x方向和y方向周期性地(例如正弦地)改變浮雕結構25的厚度。這產生如圖4所示具有多個凸起部分的浮雕輪廓，例如凸起部分254、255和256，它們彼此間隔函數f(x，y)的周期長度，例如在x方向上彼此間隔周期長度253，在y方向上彼此間隔周期長度252。這樣，周期長度252和253都選擇為小于或等于浮雕結構25的結構厚度，更具體地小于結構厚度251。圖9所示的浮雕結構25因而具有330nm的周期長度252和253，以及大于500nm的結構厚度。
這樣，輪廓形狀、周期長度252和253、以及輪廓厚度251還可能是與圖9所示視圖不同的配置。關鍵是周期長度252和253的至少之一小于或等于結構厚度251，且周期長度252和253彼此間隔至少小于200μm(人眼的分辨率限制)。特別地，如果周期長度252和253的至少之一小于可見光的限制波長則可獲得良好結果。
還可能通過具有不同高度的凸起部分和凹入部分的復雜表面輪廓的浮雕結構，實現對薄膜層產生色移效應的抑制。該類表面輪廓還可涉及隨機表面輪廓。使用這種表面輪廓，如果浮雕結構的相鄰凸起部分的平均間隔小于浮雕結構的平均輪廓厚度，且浮雕結構的相鄰凸起部分彼此間隔小于200μm，則通常可實現色移效應的抑制。如果薄膜層所產生的色移效應在綠色或藍色的區域中，則該效應的抑制—如前所示與周期性結構相關—通常可通過大于0.5的平均厚度寬度比來實現。較佳地，相鄰凸起部分的平均間隔被選為小于30μm，從而該浮雕結構是特別的衍射浮雕結構。
使用像由微觀結構和宏觀結構組成的組合結構的組合結構是有利的，其中精密高頻第二結構疊加在粗深第一結構上。該類組合結構的示例是具有細正弦光柵的粗非對稱結構，或具有細正弦光柵的粗三角結構。已經發現上述得到色移效應的良好抑制的需求可更簡便地通過這種組合結構來實現。
薄膜層23原則上通過產生視角相關色移的干擾層結構來區分。這樣，薄膜層23可以是反射元件或透射元件的形式。有關可用于薄膜層23的薄膜層系統的更詳細信息參見例如Artech House在倫敦出版的R.L.van Renesse編輯的J.A.Dobrowolski的書“Optical Document Security”(光學文檔保護)的第13章。以下選項原則上可用于薄膜層23的構建。
薄膜層因而具有例如吸收層(最好有30％和65％之間的透射)、作為產生色變層的透射間隔層(λ/2或λ/4層)、作為反射層的金屬層(反射元件)或光學分隔層(透射元件)。這樣，如果粘貼層24的折射率與間隔層的折射率顯著不同，則粘貼層24用作光學分隔層也是可能的。如果薄膜層23用作反射元件，則間隔層的厚度要選成滿足λ/4的條件。如果薄膜層23用作透射層，則間隔層必須滿足λ/2的條件。
該類薄膜層例如通過由一個或多個介電和金屬層組成的薄膜層系統形成。作為示例，薄膜層23因而包括厚度為8nm的鉻層、厚度為215nm的MgF2層、以及厚度為50nm的Al層。
此外，薄膜層23由連續的高折射率和低折射率層組成也是可能的。該類薄膜層包括例如多個連續的具有不同折射率的介電層。作為示例，薄膜層23包括厚度為70nm的TiO2層、作為產生色變間隔層的厚度為275nm的SiO2層、以及厚度為70nm的TiO2層。該類薄膜層包括連續的3個到9個之間(奇數)這樣的層、或者2個到10個之間(偶數)這樣的層。層數越多，則相應地可能將色變波長設置得越靈敏。
此外，薄膜層23還可能包括單層高折射率的金屬氧化物，例如厚度為275nm的TiO2層。該類薄膜層還可被稱為珍珠粉層。在該情形中，薄膜層的厚度必須滿足λ/4或λ/2條件(取決于它是否涉及反射或透射元件)。
較佳地，薄膜層23的多個層通過濺鍍在所涉及的整個表面區域上施加于復印漆22上。取決于該薄膜層23可包括反射元件還是透射元件，該情形中的薄膜層23包括最好由薄金屬層，例如Al、Ag、Cr、Ni、Cu、Au或這些金屬的組合組成的反射層。
粘貼層24然后施加于薄膜層23上。粘貼層24最好是可熱活性粘貼層。然而，取決于保護元件11的相應使用，它仍然可能與粘貼層24分離。
在該情形中，浮雕結構25和26成形于保護元件11的區域31和33中。區域31和33被無浮雕結構成形于復印漆層22的區域32所包圍，從而在這些區域中復印漆層22具有基本平坦的表面。
取決于區域31和33形成為圖案區域、還是形成為前景圖案的背景區域，在觀看時發生圖8a～8c中作為示例示出的效應圖8a示出樹形的圖案區域51和包圍圖案區域51的背景區域52。背景區域52用浮雕結構25占據，從而薄膜層23的色移效應的產生在背景區域52中得到了抑制。在圖案區域51中未設置浮雕結構25，從而在該區域中可看到薄膜層23產生的色移效應。因此這產生樹形表示，其色彩取決于查看方向在不呈現色移效應的背景上從紅色變成綠色。
圖8b在背景區域54上示出樹形的圖案區域53，其中在圖案區域53形成浮雕結構25，而在背景區域54未形成浮雕結構。查看人因而有(半透明)樹的印象，其背景取決于視角的相應方向改變其色彩。
圖8c在背景區域56上示出Clara Schumann的畫像55。在該情形中，浮雕結構25排列于形成Clara Schumann畫像的圖案區域中，從而Clara Schumann的畫像根據作為色變主題的背景區域56的對比以及圖案區域的透光線配置產生。
圖2示出如圖1所示壓印膜的較佳使用。
圖2因而示出施加于要保護文檔4的轉移膜的轉移層2。這樣轉移層2形成由保護漆層21、復印漆層22、薄膜層23和粘貼層24組成的保護元件12。浮雕結構25和26成形于區域31和33中的復印漆層22。在包圍它們的區域32中，復印漆層22與薄膜層23之間的界面層中未成形浮雕結構，從而界面層基本上是平坦的。對于層21、22、23和24的配置、以及浮雕結構25和26的配置，則注意有關圖1和圖9的描述。
出于個性化目的，個性化印章41例如通過熱轉移工藝施加于例如作為身份證文件的文檔4上。轉移層2然后用保護元件12覆蓋于個性化印章41上的方式來施加在文檔4上。在該實施例中，薄膜層23是透光元件的形式，從而觀看者可通過薄膜層23看到個性化印章41，并且個性化印章41通過薄膜層23產生的視角相關色移效應疊加于區域32上。
圖10示出根據本發明的保護元件13的另一個實施例。
保護元件13是由具有載體層10、剝離層20、保護漆層21、復印漆層22、薄膜層23和粘貼層24的多層膜體形成的轉移膜。層10～24具有對應于用與圖1中相同方式標識的多個層的配置。浮雕結構成形于區域35和37中復印漆層22和薄膜層23之間的界面，該浮雕結構具有與圖1和圖9所示的浮雕結構25和26相對應的配置。浮雕結構28和29成形于保護元件13的區域28和29中的界面。在保護元件13的區域34和39中的界面內未成形浮雕結構，從而在這些區域中界面基本上是平坦的。
浮雕結構28和29是產生疊加在由薄膜層23產生的光學效應之上的光學效應的浮雕結構。
因而浮雕結構28例如是光學衍射結構，例如點狀矩陣全息圖、KINEGRAM、或普通的衍射光柵。
浮雕結構29是例如宏觀結構，例如極值間距大于30μm的結構。此外，浮雕結構29還可以是顯微透鏡結構或方塊斜紋結構，例如具有定向散射特征的各向異性方塊斜紋結構。
在該情形中，浮雕結構28和29最好被選為這些浮雕結構的凸起部分之間的間隔大于浮雕結構的結構深度。這通過疊加浮雕結構28和29，基本上避免了由薄膜層23產生的光學衍射效應的衰減。
圖11a和11b示出作為示例的浮雕結構28(圖11b)和29(圖11a)的一部分的示圖。
應當指出，圖1、圖2、圖9、圖10、圖11a和圖11b是大小尺寸和大小尺寸之比不與實際值相對應的示圖。
圖10所示保護元件的配置規定觀看者可在區域36中看到由薄膜層23和浮雕結構28產生的光學效應的疊加。在包圍區域36的區域35和37中，由薄膜層23產生的光學效應被浮雕結構27所抑制，從而觀看者在該區域不能識別光學可變的保護元件。其結果是疊加了兩種光學效應的區域36相對于其中無光學可變保護元件可識別的外圍區域35和37能精確和靈敏地限定。使用與由浮雕結構28制成的保護功能部件有關的適當配置，互相疊加的保護功能部件中的微小偏移能得到清晰的識別，從而可立即識別通過不能提供高水平對齊精度的其它技術的復制。
此外，在區域34和39中觀看者可看到薄膜層23所產生的視角相關色移效應。在區域39中觀看者看到因薄膜層23的視角相關色移效應和浮雕結構29生成的光學效應的疊加所產生的光學效應。因此，這在各個區域34、35、36、37、38和39中向觀看者給出了相應不同的視覺印象。
此外，金屬層也可能部分地成形為排列于復印漆層22和薄膜層23之間。該部分金屬層用于提供多個區域，其中由浮雕結構28和29產生的光學效應被認出與由薄膜層23生成的光學效應能分離。因而，部分金屬層例如覆蓋區域36和/或區域38的子區域。此外，部分金屬層還可設置于(子)區域34和39中，因而提供部分反射表面作為保護元件13的其它保護功能部件。
權利要求
1.一種多層膜體形式的保護元件(11、12、13)，其中所述膜體具有復印漆層(22)、以及用于通過干擾產生視角相關色移效應的薄膜層(23)，并且在由坐標軸x和y(257、258)限定的平面中，第一浮雕結構在復印漆層(22)和薄膜層(23)之間的界面內成形于保護元件(11、12、13)的第一區域(31、33、35、37)，其特征在于，所述第一浮雕結構(25、26、27)適于抑制薄膜層(23)產生色移效應，從而在保護元件的設置有第一浮雕結構(25、26、27)的第一區域(31、33、35、37)未呈現色移效應，而在保護元件(11、12、13)的未設置第一浮雕結構(25、26、27)的第二區域(32、34、36、38、39)呈現薄膜層(23)產生的色移效應。
2.如權利要求1所述的保護元件，其特征在于，所述第一浮雕結構(25、26、27)是所述浮雕結構的各個結構元件都具有高厚度寬度比的結構，特別是平均厚度寬度比大于0.5的結構。
3.如前述權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述浮雕結構的各個結構元件的厚度寬度比被選為大到所述保護元件的設置有第一浮雕結構(25、26、27)的第一區域(31、33、35、37)未呈現色移效應。
4.如前述權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述第一浮雕結構(25、26、27)是所述浮雕結構的各個結構元件的厚度寬度比在0.5到10的范圍之間的衍射結構，所述厚度寬度比最好大于1。
5.如前述權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述第一浮雕結構的厚度寬度比被選為大到所述薄膜層的色變生成間隔層的有效厚度在所述第一浮雕結構的區域中被所述第一浮雕結構大大減小，從而所述間隔層不再滿足可見光范圍的λ/2或λ/4條件。
6.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述浮雕結構的各個結構元件的厚度寬度比被選為大到所述保護元件的第一區域(31、33、35、37)內有色移效應，所述色移效應與所述薄膜層在所述保護元件的第二區域內產生的色移效應不同。
7.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述浮雕結構(25、26、27)的厚度在x方向和y方向上都改變，所述第一浮雕結構(25、26、27)的相鄰凸起部分(254、255、256)的平均間隔小于所述浮雕結構的平均輪廓厚度(251)，并且所述浮雕結構的相鄰凸起部分(254、255、256)彼此相距至少小于200μm遠。
8.如權利要求7所述的保護元件，其特征在于，所述第一浮雕結構(25、26、27)是坐標x和y的周期性函數，所述函數周期性地在x方向和y方向上改變所述浮雕結構的厚度，并且所述函數的周期長度(252、253)小于或等于所述第一浮雕結構(25、26、27)的結構厚度(251)。
9.如權利要求7所述的保護元件，其特征在于，所述浮雕結構(25、26、27)是由基本上排列成互相成直角的兩個基光柵組成的交叉光柵，其中所述基光柵的周期長度小于或等于所述第一浮雕結構(25、26、27)的結構厚度。
10.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述相鄰凸起部分的平均間距或所述周期長度的至少之一小于400nm。
11.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述第一浮雕結構(25、26、27)的相鄰凸起部分(254、255、256)的平均間距小于可見光的限制波長，最好小于可見光限制波長的一半。
12.如權利要求1所述的保護元件，其特征在于，所述第二區域(32、34、36、38)是圖案區域(51)，特別是司標或文本，且第一區域(31、33、35、37)是背景區域(52)。
13.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述第二浮雕結構(28、29)成形于第二區域(36、38)中的界面，其中由所述第二浮雕結構(28、29)產生的光學效應疊加于所述薄膜層產生的光學效應上。
14.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述第二浮雕結構(28、29)是相對于所述浮雕結構的各個結構元件具有低厚度寬度比的浮雕結構，特別地平均厚度寬度比小于0.2。
15.如權利要求14所述的保護元件，其特征在于，所述第一和第二區域直接彼此相連。
16.如權利要求14所述的保護元件，其特征在于，所述第二浮雕結構(28、29)的光柵周期大于所述第二浮雕結構的結構厚度。
17.如權利要求14所述的保護元件，其特征在于，所述第二浮雕結構(28、29)是具有光衍射效應的結構，特別是產生全息圖的浮雕結構。
18.如權利要求14所述的保護元件，其特征在于，所述第二浮雕結構是宏觀結構。
19.如權利要求14所述的保護元件，其特征在于，所述第二浮雕結構是方塊斜紋結構。
20.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述薄膜層(23)是透光薄膜層。
21.如權利要求1到19之一所述的保護元件，其特征在于，所述薄膜層(23)是反射薄膜層。
22.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述薄膜層是包括多個介電層的薄膜層系統。
23.如權利要求1到21之一所述的保護元件，其特征在于，所述薄膜層是包括多個介電和金屬層的薄膜層系統。
24.如權利要求1到21之一所述的保護元件，其特征在于，所述薄膜層包括珍珠粉層。
25.如權利要求22到24之一所述的保護元件，其特征在于，所述薄膜層具有反射層。
26.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述部分反射層排列在所述復印漆層和所述薄膜層之間。
27.如前面權利要求之一所述的保護元件，其特征在于，所述多層膜體(11)是轉移膜，特別是熱壓印膜。
28.一種保護文檔(2)，特別是鈔票或護照，具有如前面權利要求之一所述的保護元件(12)。
29.一種制造多層膜體形式的保護元件(11、12、13)的工藝，其中在所述工藝中第一浮雕結構(25、26、27)在所述多層膜體的復印漆層(22)中成形于所述保護元件(11、12、13)的第一區域，且此外薄膜層(23)施加于復印漆層上用于通過干擾產生視角相關色移效應，其特征在于，在所述保護元件的第一區域(31、33、35、37)中成形為第一浮雕結構(25、26、27)的是抑制所述薄膜層(23)產生色移效應的浮雕結構(25、26、27)，從而在所述保護元件的設置有第一浮雕結構(25、26、27)的第一區域(31、33、35、37)不呈現色移效應，而在所述保護元件的未設置第一浮雕結構(25、26、27)的第二區域(32、34、36、38、39)呈現所述薄膜層(23)產生的色移效應。
30.如權利要求29所述的工藝，其特征在于，所述第一浮雕結構通過UV復印成形于復印漆層。
31.如權利要求29所述的工藝，其特征在于，所述薄膜層通過濺鍍或氣相沉積施加于所述復印漆層上。
32.如權利要求29所述的工藝，其特征在于，所述薄膜層的間隔層通過濺鍍或氣相沉積相對于表面面積等密度地施加于第一和第二區域中。
33.一種制造多層膜體形式的保護元件(11、12、13)的工藝，其中在所述工藝中第一浮雕結構(25、26、27)在所述多層膜體的復印漆層(22)中成形于所述保護元件(11、12、13)的第一區域，且此外薄膜層(23)施加于復印漆層上用于通過干擾產生視角相關色移效應，其特征在于，在所述保護元件的第一區域(31、33、35、37)中成形為第一浮雕結構(25、26、27)的是改變由所述薄膜層(23)產生的色移效應的浮雕結構(25、26、27)，從而在所述保護元件的設置有第一浮雕結構(25、26、27)的第一區域(31、33、35、37)由所述薄膜層產生第一色移效應，而在所述保護元件的未設置第一浮雕結構(25、26、27)的第二區域(32、34、36、38、39)由所述薄膜層(23)產生不同于所述第一色移效應的第二色移效應。
34.如權利要求33所述的工藝，其特征在于，所述浮雕結構的各個結構元件的厚度寬度比被選為所述保護元件的第一區域(31、33、35、37)中呈現的第一色移效應與所述保護元件的第二區域中呈現的第二色移效應不同，特別地所述厚度寬度比大于0.5。
35.如權利要求33所述的工藝，其特征在于，不同于所述第一浮雕結構的第二浮雕結構成形于所述保護元件的第三區域(31、33、35、37)，所述第二浮雕結構改變由所述薄膜層(23)產生的色移效應，從而在所述保護元件的設置有第二浮雕結構(25、26、27)的第三區域(31、33、35、37)中由所述薄膜層產生不同于所述第一和第二色移效應的第三色移效應。
36.如權利要求33所述的工藝，其特征在于，所述第一和第二浮雕結構的各個結構元件的厚度寬度比是不同的，且分別被選為使第一、第二和第三色移效應不同，其中所述第一和第二浮雕結構的厚度寬度比最好相差倍數為0.2，并且分別選為大于0.5。
全文摘要
本發明涉及多層膜體形式的保護元件(13)、具有該類保護元件的保護文檔以及制造這種保護元件的工藝。該膜體具有復印漆層(22)、以及用于通過干擾產生視角相關色移效應的薄膜層(23)。第一浮雕結構(27)在復印漆層(22)和薄膜層(23)之間的界面內成形于第一區域(35、37)。該浮雕結構適于抑制薄膜層(23)產生色移效應，從而在設置有第一浮雕結構(27)的第一區域(23、27)未呈現色移效應，而在保護元件(13)的未設置第一浮雕結構(27)的第二區域(34、36、38、39)呈現薄膜層(23)產生的色移效應。
文檔編號B42D15/00GK1976816SQ200580017200
公開日2007年6月6日 申請日期2005年3月31日 優先權日2004年4月3日
發明者W·R·湯普金, A·希林 申請人:Ovd基尼格拉姆股份公司