專利名稱：色衍射顏料和箔片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有光學(xué)效果的顏料和箔。尤其涉及到在表面上具有各種衍射結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生有選擇的光學(xué)效果的色衍射顏料片和箔片。
背景技術(shù)：
各種顏料，著色劑及箔片已經(jīng)開發(fā)用于各種廣泛應(yīng)用。例如，衍射顏料已經(jīng)應(yīng)用于如制造圖案表面和安全器件。由于美學(xué)和實用視覺效果，衍射圖案和浮雕有著廣泛的實際應(yīng)用。
由衍射光柵產(chǎn)生的彩虹視覺效果是一種很好的裝飾效果。當光束被從衍射光柵反射后被衍射進入它的顏色成份時，就會出現(xiàn)這種驚人的視覺效果。一般來說，衍射光柵基本上是用一種材料的線條或槽做成的重復(fù)結(jié)構(gòu)以形成一個峰槽結(jié)構(gòu)。當衍射光柵在一個反射表面上有特定深度并有規(guī)律性間隔的槽，就可以在可視的光譜中達到所需要的光學(xué)效果。
衍射光柵和類似結(jié)構(gòu)的變色特性是眾所周知的，尤其是當被用來在連續(xù)箔片上做成全息圖像。上述衍射表面的一個特點是在方向性照明下它們能發(fā)揮更好的視覺性能。在主要的，良好準直的光源下，隨著觀察角或者照明角的變化而持續(xù)快速顏色變化是由于每一級衍射光束內(nèi)根據(jù)波長的光的角度色散而形成的。相反，當用散光源，如普通的室內(nèi)光或陰天的光線來照衍射著色劑或圖像時，就不會顯出在衍射著色劑或圖像中的視覺信息，而一般所看到的僅僅是從凹凸表面的彩色或非彩色反射。
人們曾經(jīng)試圖通過將透明媒介中的衍射粒子的小顏料片散到不規(guī)則的已印刷好的表面上來開發(fā)這些器件的光學(xué)效果。這些努力包括各種提供可見光散射的衍射結(jié)構(gòu)，這樣，根據(jù)觀察者相對于衍射表面或照明的幾何條件的角度的不同，觀察者可以觀察到一個不同顏色。不過，到目前為此所設(shè)計的結(jié)構(gòu)都有其局限性，如一個閃爍的外觀在很多用途中從美學(xué)角度上并不合適。
例如，位于美國加州洛杉磯的斯伯克特可(Spectratek)技術(shù)有限公司生產(chǎn)一種相對大一些衍射片，此種衍射片粒子能夠根據(jù)照明或觀察角度產(chǎn)生成可變的顏色。不過，這種衍射片的大尺寸也會產(chǎn)生特殊的閃爍或閃爍外觀。厚的衍射片在大角度下也會相互堆積，引起色度的減弱及顏色的變化，這就是所見的光的閃爍。在美國第6,242,510號專利中對此衍射片就有下列描述“當相對于觀察者的線條位置改變時，棱形板18的能在很多角度下反射光束的特有能力，會產(chǎn)生一個持續(xù)的變化圖像。如同水晶，碎玻璃或是星光的發(fā)光閃耀一樣的無數(shù)微小，明亮的反射是對整體效果的最恰當描述”(第5欄，56-62行)。
在斯伯克特可的文獻中描述的這些粒子的最小尺寸是50乘50微米。因為這種相對較大的尺寸它們?nèi)菀妆豢醋魇菃为毜牧Ｗ?。另外，由于衍射片的厚度約為12微米，一個50微米的粒子的縱橫比僅有4∶1，即使一個較大的100微米的粒子的縱橫比也只有8∶1，這樣，就排除了粒子間以級與基座間共同定向的可能性。盡管在許多繪畫和印刷方法中，對于小于50微米的粒子的需求已為大家共認，但是不論是減小了的粒子大小或增大了的縱橫比，即，縱橫比大于8∶1，在市場上都買不到。對市場上的衍射片的分析表明它們包括了一種受厚塑料膜保護的金屬箔片。金屬層形成衍射結(jié)構(gòu)，其含有約從1700到1800條線/每毫米間隔的線性波動，同時其波動深度約為140納米。
在一些應(yīng)用中，以衍射光柵的持續(xù)箔片形式獲得的連續(xù)的顏色變化比到目前為止由變色顏料片所得到的變色更為理想。傳統(tǒng)的生成帶有衍射光柵的粒子結(jié)構(gòu)和方法使這種粒子得不到由箔片結(jié)構(gòu)產(chǎn)生光學(xué)特征。到目前為此，通過改變某一結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高潛在的光學(xué)性能不可避免地對另一個重要特點產(chǎn)生負面影響。當粒子變大時，方向的偏差會導(dǎo)致閃爍效果。當粒子很小但沒有定好向時，多種顏色會混合在一起而不能很好的區(qū)別開來。這樣，即使在高度準直的照明下，觀察會感覺到一個模糊的顏色范圍，而不是連續(xù)箔片的明亮可分的顏色特征。
李先生(以下稱作李)所有的美國第5,912,767號專利中提供了一種如在變色安全墨水中需要的更為均一的顏色。李發(fā)現(xiàn)為了得到均一外觀，需要有槽的頻率在1600到2000條線/每毫米之間(一個槽的寬度從0.4到0.6微米)的環(huán)形排列的衍射粒子。在一個較為理想的實施例中，李發(fā)現(xiàn)一種改善顏色外觀均一性的方法是相對于每個粒子中心的距離來調(diào)節(jié)槽間隔。但是，與帶有簡單的線性光柵結(jié)構(gòu)的同樣大小的粒子相比，由于僅僅是很小的20微米粒子的亞區(qū)域的有限的有效光線的數(shù)量，環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)的亮度可能會很低。況且，李并沒有提到關(guān)于粒子的厚度或槽的深度，也沒有提供性能的進行說明以激發(fā)開發(fā)一種有效或經(jīng)濟的方法來生成這種復(fù)雜粒子。
木元等人(以下稱為木元)所有的美國第6,112,388號專利說明了用無機介質(zhì)層來保護并加固金屬箔片。木元要求一個相對厚的1微米的介質(zhì)層，這樣粒子的最后厚度約在2.5到3微米之間。由于理想的粒子大小是從25到45微米，這就導(dǎo)致其縱橫比約為從10∶1到22∶1。這種縱橫比的低端，相對于涂有粒子的表面有很大的粒子的迷向傾向，再加上較大的厚度會產(chǎn)生一個粗糙的外表面。粗糙表面有損于外觀，這在很多應(yīng)用中，如汽車涂料中是個問題。雖然可以用一層厚的表面光澤涂料來部分蓋住粗糙表面，但這樣會增加成本及生產(chǎn)周期。用增加粒子的大小來改善縱橫比會使粒子太大而不能用在噴漆應(yīng)用中，同時也會增加可視閃爍效應(yīng)。雖然這些粒子可以用于其他涂料或印刷方法，由于金屬層的厚度不足于增加無機材料的抗斷裂性，這些粒子很脆和易碎。因此，在這些產(chǎn)品中，大縱橫比的優(yōu)勢可能發(fā)揮不出來。
浮雕金屬片是一種傳統(tǒng)的生產(chǎn)衍射粒子的方法。不過，為了得到一個永久性的調(diào)制高度而所需的金屬片的朔性變形會使粒子失去所需的產(chǎn)生明亮顏色的光學(xué)特性。例如，加藤等人(以下稱為加藤)所有的美國第6,168,100號專利描述了用衍射凹凸圖案浮雕金屬片飾的方法。加藤的圖7顯示了一種槽頻為約1,300條線/毫米，槽深為800納米的金屬片的實際顯微圖。金屬片看起來有紋路，金屬層的實際厚度在0.4到1微米之間，小于槽的深度。由于光學(xué)性能要求有一個穩(wěn)定的表面微觀結(jié)構(gòu)，浮雕過程必需使金屬箔朔性變形，這對箔片的厚度來說會導(dǎo)致一個很大的槽深度。由于槽的硬化效果，所產(chǎn)生的波紋結(jié)構(gòu)在垂直于槽向的方向可能會保持平整，而在槽的方向，金屬片會顯得有一個明顯的彎曲。
同樣，米卡(Miekka)等人所有的美國第5,549,774號和5,629,068號專利描述了在浮雕金屬懸浮上通過使用油墨，如金屬片油墨，金屬效果油墨，或帶有光堆顏料的油墨，來加強著色劑的光學(xué)效果的方法。這些專利建議這些浮雕金屬懸浮顏料片要有一個大小約為10到50微米的粒子以使其與繪畫或印刷技術(shù)相容。在有正弦圖形的線性槽時，衍射特征的頻率大于600條線/毫米，而且它的深度應(yīng)小于500納米。
由米卡等人所有的美國第5,672,410號，5,624,076號，6,068,691號，和5,650,248號專利描述了一種用來制作金屬厚度為10到50納米的薄亮的浮雕金屬粒子的工序。這是通過用鋁來鍍一個浮雕釋放表面來完成的。這些專利建議衍射特征的頻率應(yīng)在500到1,100條線/毫米之間，并可以用相同的工序來做有與浮雕載體薄膜或基座相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的多層薄膜光學(xué)堆。不過，浮雕技術(shù)在做薄金屬片中是有限的，因為這會導(dǎo)致不需要的金屬片變形(彎曲或不平)和/或破裂，因而縮小粒子角度分辨率，同時也降低整體的亮度。
總之，傳統(tǒng)的技術(shù)說明了制作帶有衍射光柵類型結(jié)構(gòu)的粒子的各種方法，當該結(jié)構(gòu)再造和應(yīng)用于一個物體表面是會產(chǎn)生一些顏色散射。雖然傳統(tǒng)的衍射微型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隨波長變化的典型的可見光的角度散射，這些粒子微型結(jié)構(gòu)和微型機械的其他狀況會產(chǎn)生一個帶有不需要的閃爍或閃光表面的粒子。這會體現(xiàn)在用傳統(tǒng)粒子印刷或繪畫的物體的最終外觀上。這種繪畫或印刷的物體會有一個明顯受粒子大小，厚度及脆弱性限制的外觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將衍射效果與薄膜干涉效果技術(shù)結(jié)合在一起以生成新的，到日前為止還未見過的顏色效果。另外，用這些相結(jié)合的技術(shù)可制作在墨水，涂料，鍍膜，化妝成分及外突塑料中有用的薄片。這些顏色效果很獨特，因為隨著觀察角度的增大，在散光的條件下顏色會從長波長移向短波長。但在高方向性照明條件下(如陽光)，顏色會隨著觀察角度的增大而相反地從短波長移向長波長。在組合的光條件下，顏色會以不平常的方法移動，因為兩種的物理變色現(xiàn)象(即衍射和薄膜干涉效果)可以同時被觀察到。
特別是，本發(fā)明涉及彩色(即顏色)的多層衍射顏料片和箔片及包括顏料片的衍射混合物。衍射顏料片和箔片有衍射結(jié)構(gòu)，如一個衍射光柵圖案或一個全息圖象，這些是從有顏料片或箔片的帶有一個衍射結(jié)構(gòu)的下置基座復(fù)制而來的。衍射顏料片和箔片可以用各種衍射結(jié)構(gòu)做成以生成選擇的光學(xué)效果。
尤其是，衍射顏料片和箔片與物理和微型機械特性一起做成特殊的衍射表面微型結(jié)構(gòu)以提供加強了的光學(xué)效果。根據(jù)所需要的光學(xué)效果，可以選擇合適的光柵微型結(jié)構(gòu)來制作具有最佳衍射效果的顏料片和箔片。這些光學(xué)效果是通過用衍射和反射光學(xué)的合適組合來產(chǎn)生的，以生成隨著觀察者的位置變化而變化和發(fā)光的如強烈的，引人注目的光學(xué)效果。
在散光下，從本發(fā)明中的顏料片和箔片觀察到的顏色主要是由吸收產(chǎn)生的內(nèi)在顏色，或由光學(xué)薄膜干涉產(chǎn)生的光變效果的。在有點光源(如太陽)時，所觀察到的顏色是散射照明(背景色)和衍射光的光學(xué)效果的組合。
在各實施例中，當衍射混合物或箔片被涂到一個物體上時，光學(xué)衍射效果可以在一種或多種背景色下被看到。例如，通過衍射混合物或箔片可以顯示一個變色背景。這種顏色變化在第一個觀察角會產(chǎn)生第一種背景顏色，而在第二個觀察角會產(chǎn)生與第一種背景顏色不同的第二種背景顏色。衍射混合物或箔片在第一種和第二種背景顏色下也會產(chǎn)生一個光學(xué)衍射效果。
衍射顏料片可以做成在一個反射芯層的兩面上的一個對稱的鍍膜結(jié)構(gòu)，在反射層的一面的一個非對稱鍍膜結(jié)構(gòu)，或可以做成一個或多個包著反射芯層的密封膜。衍射顏料片可以散入液體媒介如涂料或墨水以生成可涂到各種物體上的衍射混合物。箔片可以被層壓到各種物體上或可以做在一個載體基座上。衍射混合物和箔片可以被應(yīng)用到各種物體上以增加獨特的裝飾性同時增加視覺和非視覺安全特征。
通過下列描述和所附權(quán)利要求書，或通過實踐本發(fā)明，本發(fā)明這些和其它特征將會更為一目了然。


為了說明本發(fā)明中上述的和其它優(yōu)勢及特征，上面簡要描述的本發(fā)明將以附圖中的具體實施例為參考進行說明。值得一提的是，這些圖示只是對本發(fā)明的典型實施例進行說明而不是用來限制本發(fā)明的范疇。本發(fā)明將通過下面的圖示進行詳細的解釋和說明。
圖1是衍射光柵將多色光分成它的成分波長的示意圖；圖2是衍射光柵將多色光分成它的成分波長的另一示意圖；圖3是可以用來做本發(fā)明的衍射顏料片和箔片的網(wǎng)狀或箔光柵的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的衍射顏料片的鍍膜結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的衍射顏料片的鍍膜結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的衍射顏料片的鍍膜結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的衍射顏料片的鍍膜結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的衍射顏料片的鍍膜結(jié)構(gòu)的示意圖；圖9和圖10是有多層鍍膜物體的示意圖，其中一個鍍膜層有衍射顏料片而其余的鍍膜層則有非衍射片；圖11是一個有至少一層包括衍射片和非衍射片的鍍膜層的鍍膜物體的示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的衍射箔片的鍍膜結(jié)構(gòu)的示意圖；圖13和14是在網(wǎng)狀物上的本發(fā)明的衍射箔片的其他結(jié)構(gòu)的示意圖；圖15表示線條數(shù)為500條線/毫米的衍射光柵在法線和45度入射角處對不同波長的衍射角的曲線圖；圖16表示線條數(shù)為1000條線/毫米的衍射光柵在法線和45度入射角處對不同波長的衍射角的曲線圖；圖17表示線條數(shù)為1400條線/毫米的衍射光柵在法線和45度入射角處對不同波長的衍射角的曲線圖；圖18表示線條數(shù)為2000條線/毫米的衍射光柵在法線和45度入射角處對不同波長的衍射角的曲線圖；圖19表示線條數(shù)為2400條線/毫米的衍射光柵在法線和45度入射角處對不同波長的衍射角的曲線圖；圖20表示線條數(shù)為2500條線/毫米和線條數(shù)為3000條線/毫米的衍射光柵在法線和45度入射角處對不同波長的衍射角的曲線圖；圖21和22表示在不同槽深，在法線和60度入射角時1400條線/毫米的鍍鋁正弦光柵對不同波長的理論效率的曲線圖；圖23和24表示1000條線/毫米的鍍鋁正弦及矩形波光柵在不同槽深時的理論效率的曲線圖；圖25-29是用掃描電子顯微鏡所拍攝的根據(jù)本發(fā)明所做的各種衍射顏料片；圖30是本發(fā)明的一個衍射顏料片的鍍膜微觀結(jié)構(gòu)的截面透射電子顯微圖；圖31-33是本發(fā)明的各種衍射顏料片的顏色軌跡和色度的a*b*圖；圖34-36是本發(fā)明的各種變色衍射顏料片的顏色軌跡和色度的a*b*圖；圖37是本發(fā)明的各種銅衍射顏料片的顏色軌跡和色度的a*b*圖；圖38-39是本發(fā)明的各種衍射顏料片的顏色軌跡和色度的a*b*圖；及圖40是一個變色非衍射顏料片的顏色軌跡和色度的a*b*圖；具體實施方式
本發(fā)明涉及彩色衍射顏料片和箔片及帶有顏料片的衍射混合物。用語“色彩”在這指由顏料片或箔片產(chǎn)生的顏色的強度或色度。本發(fā)明的顏料片和箔片的背景顏色可以是變色的或是非變色的單一顏色。
這里的用語“非變色”指的是與觀察者的位置無關(guān)的具有一個固有背景色的顏料片和箔片。這種顏料片和箔片可以是背景顏色由干涉效應(yīng)產(chǎn)生的多層干涉膜顏料片，或可以是有一個本質(zhì)顏色的非干涉顏料片和箔片。
本發(fā)明的衍射顏料片和箔片可以用來給產(chǎn)品增加獨特的裝飾特點和給各種物體增加可視和非可視安全特征。衍射顏料片和箔片有衍射結(jié)構(gòu)，如一個衍射光柵圖案或一個全息圖象，這些是從有顏料片或箔片的帶有一個衍射結(jié)構(gòu)的下置基座復(fù)制而來的。衍射顏料片和箔片可以用各種衍射結(jié)構(gòu)做成以生成選擇的光學(xué)效果。
在選擇設(shè)計以達到一個或多個理想的背景顏色，很重要的需要考慮的是當觀察角增大時，由干涉反射光學(xué)得到的變色從長波長移向短波長。相反，當觀察角增大時，由衍射光學(xué)得到的變色從短波長移向長波長。當這些光學(xué)現(xiàn)象結(jié)合在一起時，它們就會隨著觀察角度的變化產(chǎn)生混合顏色光束的一些不平常的條件。這些條件可以用來生成新的光學(xué)效果。這樣，當衍射光學(xué)用到顏料片或箔片里時，來自衍射結(jié)構(gòu)的許多不同的衍射效果與由干涉膜提供的背景顏色效果的大量選擇相結(jié)合就會產(chǎn)生獨特的顏色范圍。另外，將衍射結(jié)構(gòu)與干涉膜結(jié)合會產(chǎn)生即使在大觀察角也保持高色度的光學(xué)效果。
在一些實施例中，將隨著觀察角度的變化而形成變色的干涉顏料片與衍射表面相結(jié)合就得到了變色衍射顏料片，這就產(chǎn)生了從任何角度都有很強的視覺感的彩虹色的變色效果。這種結(jié)構(gòu)還有另一個特點就是，變色和衍射效果只有在聚焦光，如直射陽光下才有視覺效果。而在散射光中，來自不同角度的各個衍射級相互抵消，導(dǎo)致一種單一的視覺顏色。
本發(fā)明的顏料片和箔片的非變色或變色背景色可以通過有選擇或非選擇的，單一或組合的光學(xué)特性，如吸收，發(fā)射，反射，散射，熒光性，等等的有機或無機層的任意結(jié)合得到。干涉非變色和變色多層結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)不同隨所選材料和所需顏色的不同而不同，但是一般來說表現(xiàn)在多層結(jié)構(gòu)中介質(zhì)材料的厚度和折射率的不同。例如，折射率大于約1.65，并在選擇的設(shè)計波長有一個光學(xué)厚度的介質(zhì)材料一般會產(chǎn)生一個非變色或輕微變色的結(jié)構(gòu)，如在布萊得力(Bradley，Jr.)等人的美國第6,243,204B1號專利中所述，該專利附此作為參考。折射率大約為2或更高，并有一個少量四分之一波的光學(xué)厚度(也就是約為1-2QW)的介質(zhì)材料會產(chǎn)生低變色或根本沒有變色。折射率約為1.65或更低且在一個選擇設(shè)計波長處有一個光學(xué)厚度的介質(zhì)材料一般會產(chǎn)生一個變色結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)隨著入射或觀察角的不同回在兩種不同的背景顏色之間顯示離散的變化。
可以根據(jù)所需的光學(xué)效果，來選擇合適的光柵微型結(jié)構(gòu)以生產(chǎn)帶有所需最佳衍射效果的衍射片或箔片。例如，顏料片或箔片可以包括一個更高頻率的衍射光柵微型結(jié)構(gòu)，如格子大于每毫米1100條(條/毫米)的衍射光柵，以產(chǎn)生一個大范圍的光學(xué)效果。這一種衍射光柵格子可以有一個至少約為100納米的光柵深度。
在本發(fā)明的一些實施例中，衍射顏料片和箔片提供很強的可視光學(xué)效果，這些光學(xué)效果由隨著觀察者位置的改變而變化和閃爍的衍射和反射光學(xué)結(jié)合產(chǎn)生。這種可視光學(xué)效果包括彩虹色效果和附加的變色效果，而且可以被用來產(chǎn)生裝飾特征和視覺感知安全特征。
本發(fā)明的另一些實施例中，可以在衍射顏料片或箔片中提供隱性安全特征。在這些實施例中，衍射效果只在可視波長的范圍以外如在紫外線(UV)或紅外線(IR)波長范圍內(nèi)可以被觀察到。這種隱性特征由使用只能在紫外線或紅外線波長范圍內(nèi)產(chǎn)生衍射效果的光柵生成。例如，在法線入射時，具有線條頻率小于約500條/毫米的顏料片產(chǎn)生在可見光譜內(nèi)肉眼觀察不到的衍射效果，但在波長約從800納米到1600納米的波長范圍內(nèi)則顯示衍射效果，這種效果可用分析儀器識讀。這樣，傳統(tǒng)的紅外探測儀可以很快并且準確地探測到這種衍射顏料片的存在，而肉眼則不能探測到這種衍射結(jié)構(gòu)的存在。
本發(fā)明的衍射顏料片可做成物理厚度約從500納米到6微米(6000納米)，最好是約從800納米到約1400納米(1.4微米)。雖然本發(fā)明的顏料片沒有一個均一的形狀，顏料片在主面上可以有一個約為50微米或更小，最好是約25微米或更小的平均粒子大小或?qū)挾?。本發(fā)明的顏料片的厚度對寬度的縱橫比至少是約10∶1，最好是至少約25∶1。
本發(fā)明的衍射箔片可以做成物理厚度約為12.5微米到約為200微米，最好是約12.5微米到50微米。
在顏料片和箔片上的衍射結(jié)構(gòu)的線條頻率最好是大于約1,200條/毫米，這樣當從法線入射到至少約60度照明時，在可見波長范圍內(nèi)相應(yīng)于第一或更高階衍射光束的光從更高階衍射光束中基本上角度分開。另外，衍射結(jié)構(gòu)振幅，這在光柵中是槽的深度，使零階衍射光的強度被幾乎抑制以在所需的波長范圍和/或入射的角度增強高階光束的強度。
因此，在本發(fā)明的一個實施例中，衍射結(jié)構(gòu)是一個線性炫耀(即鋸齒狀)光柵，其線條頻率至少約為1,400條/毫米，槽深大于約140納米。在本發(fā)明的另一個實施例中，衍射結(jié)構(gòu)是一個頻率至少約為為2,000條/毫米，槽深大于約140納米的線性正弦光柵。
在這種條件下，顏料片在最佳的縱橫比和粒子大小時的高反射和硬度最好是通過在一個有一個可釋中間鍍膜層結(jié)構(gòu)表面的基座上鍍多層薄膜層來獲得，這樣合適尺寸的衍射片就會從基座表面分開而復(fù)制它的形狀。本發(fā)明的衍射顏料片和箔片可以用傳統(tǒng)的眾所周知的鍍薄膜結(jié)構(gòu)的薄膜鍍膜技術(shù)做成。這些薄膜鍍膜技術(shù)的非限定例子包括，物理蒸汽沉積(PVD)，化學(xué)蒸汽沉積(CVD)，對這兩種沉積進行等離子加強(PE)的變形如等離子加強化學(xué)蒸汽沉積(PECVD)或下游等離子加強化學(xué)蒸汽沉積，濺鍍，電解沉積和其它可以構(gòu)成離散均一薄膜層的沉積方法。物理和化學(xué)蒸汽沉積方法提供一個光滑的，浮雕基座的充足復(fù)制，而不會產(chǎn)生不必要的粗糙表面。
在一些實施例中，衍射顏料片在既有提供增強了的光學(xué)效果又克服現(xiàn)有傳統(tǒng)衍射顏料片的不足的物理和微型機械特征的同時，可做成具有特別衍射表面微型結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)的衍射粒子顏料片中，反射的顏色對于觀察和照明條件都非常敏感，這樣衍射粒子必須具有先前互斥的特點即1)一個小的粒子尺寸，堅硬及大縱橫比以使所有粒子的排向幾乎與鍍膜物體的表面平行，或其它更好的排向；2)角度變化和/或特征顏色的強度的局限；和3)反射顏色的亮度的增強以克服由小粒子引起的內(nèi)在亮度的減弱。當優(yōu)化了其它特征時，本發(fā)明衍射顏料片上簡單線性光柵結(jié)構(gòu)提供了一個比現(xiàn)有技術(shù)的各種光柵結(jié)構(gòu)中的復(fù)雜變體，如同心或空間調(diào)制光柵，更高的亮度。
因此，衍射粒子最好包括含有一個如高度(相對于由小板或小片的主軸定義的一個參照平面)空間調(diào)制的衍射結(jié)構(gòu)的至少一層高反射層的堅硬小板或片狀粒子。這種顏料片會由于反射層的機械特性，堅硬的透明外層或堅硬的中心層而變得堅硬。
雖然這里討論的大多數(shù)例子都涉及衍射光柵，業(yè)內(nèi)人士都知道在許多實施例中可以用全息圖象格子取代光柵。
衍射光柵設(shè)計技術(shù)本發(fā)明的一個方面提供了一種設(shè)計技術(shù)，該技術(shù)運用衍射光柵理論來選擇用來制作具有所需衍射特性的衍射顏料片或箔片的合適的微型結(jié)構(gòu)。在這種技術(shù)中，各種光柵形狀可以用傳統(tǒng)的光學(xué)軟件來模擬以抑制和/或控制鏡面的反射強度和衍射階的空間位置以獲得一個最佳的光柵設(shè)計?？梢赃x擇各種光柵的形狀進行模擬，如三角對稱，三角炫耀，帶有不同坪段的矩形波，和具有不同槽頻和深度的正弦光柵。模擬結(jié)果可以用來選擇用于沉積鍍膜層的光柵基座以形成下述的顏料片和箔片。具體仿制結(jié)果在下文例子部分說明。
衍射光柵理論表明零階和遞階的效率可以被優(yōu)化，因此可以生產(chǎn)具有所需的光學(xué)特性的光柵顏料片或箔片。這些顏料片或箔片具有可以依據(jù)最終需要的光學(xué)效果而改變的衍射光學(xué)特性。由于傳統(tǒng)的顏料片顏色在大觀察角時會嚴重的退色，折射，反射，吸收和傳統(tǒng)顏料片的其他類似光學(xué)特性可以加到衍射效果中。結(jié)果，衍射顏料即使在大觀察角也會生成強烈的衍射光束。
圖1和2是一個傳統(tǒng)衍射光柵10的工作示意圖，該圖表示將多色光束分離(衍射)進入它的成分波長(彩虹)。如圖1所示，光以非法線角度入射到一個光柵表面產(chǎn)生一個鏡面效果顏色的零階或鏡面反射。衍射光柵10生成一個圍繞著零階反射一階衍射(-1st階和1st階)。同樣地，在比一階衍射更高的角度生成一個二階衍射。
圖2進一步說明了光入射到衍射表面的顏色效果。在這一個例子中，入射光與光柵成法線。相應(yīng)于彩虹顏色的第一階顏色在圍繞著鏡面反射的不同角度被生成。
在一套獨特的分離角和光柵峰之間的間隔為“d”時，來自光柵的每一面的衍射光束與來自其他面的衍射光束同相，這樣它們就如方程1所示相加結(jié)合Gmλ＝sinα+sinβ (方程1)其中G＝1/d是槽的密度或間距，α為入射光束與光柵法線之間的角度，β為衍射光束與光柵法線之間的角度，m是稱為衍射階的一個整數(shù)。當在所有的波長(λ)m＝0，β＝-α?xí)r，光柵就起著鏡子的作用，而波長就不會被相互分開。這就叫做鏡面反射或零階。
角度散射是對波長λ和λ+λ之間的階譜m的角度分布的測量。它被定義為β/λ＝m/dcosβ，表明槽與槽之間的距離越近(高頻率)，角度散射就越強。換句話說，在一個給定的階數(shù)m，波長之間的角度分離會隨著槽數(shù)頻率而增加。
在一個給定的光柵頻率，每個次階更寬(更強的角度散射)，不過，在低頻率光柵中會出現(xiàn)光譜的重疊。這也導(dǎo)致階間的目標角度散射。槽間的間隔越近，衍射階就分的越開。換言之，一個光柵的槽間隔決定了階的分離。
由于在粒子上有多條光柵線出現(xiàn)，在大粒子上的光柵會改善各階的精確度，并導(dǎo)致一個更高的分辨能力。分辨能力R是一個光柵對鄰近光譜線的分離能力的測量。對于一個平面衍射光柵來說，分辨能力可以表示為R＝mN，其中m為衍射階數(shù)，N為在光柵表面受到照明的槽的總數(shù)。在方程1中用Nd代替Gm，就得到下列更有意義的表達式R＝Nd(sinα+sinβ)/λ (方程2)其中Nd的值就是光柵的寬度(W)。如方程2所表達，R并不明顯地取決于槽的階數(shù)或槽的數(shù)量；這些參數(shù)可以在光柵的寬度和入射及衍射角中得到。最大的可達到的分辨能力為Rmax＝2W/λ。能達到的理論分辨能力也取決于光柵表面的光學(xué)質(zhì)量?？傊?，在一個平面光柵中任何大于λ/10平面度的分離將會導(dǎo)致分辨能力的損失。
P-偏振或TE偏振光是指光的偏振平行于光柵槽，而S-偏振或TM偏振光是指光的偏振垂直于光柵槽。
方程1適用于入射光束和衍射光束垂直于槽的情形下(如在通常的分光儀中和稱為同面衍射)。如果入射光束與槽不相互垂直，方程1就要改為Gmλ＝cosε(sinα+sinβ) (方程3)
其中ε是入射光路與垂直于光柵中心的槽的平面之間的角度。從幾何角度來說，ε不等于零(光柵的方位角旋轉(zhuǎn))，衍射光譜位于一個圓錐物上而不在一個平面中，因此這樣的例子就被稱為圓錐衍射。另外，對一個給定的槽頻率，槽的深度決定了各種階的相對強度。
衍射光柵理論上述幾點可以被用于模擬和設(shè)計合適的衍射光柵結(jié)構(gòu)以制作本發(fā)明的衍射顏料片和箔片。例如，分辨能力的定義表明在衍射顏料片中，更小的片粒子也需要更高的槽頻率。而且，零階效果的減少及增強一階的強度也許會達到加強衍射效果的功能，而各階光譜的重疊也許會導(dǎo)致在衍射光中可見衍射效果的減弱(色度的減弱)。
再者，如果光柵圍繞著與基座平面垂直一個軸進行方位旋轉(zhuǎn)，環(huán)繞于鏡面反射(零階)的衍射階圓錐將會出現(xiàn)。在大多數(shù)片狀顏料應(yīng)用中，涂料和墨水媒介包括隨意定向的小方位角顏料片的集合。在帶有衍射光柵微觀結(jié)構(gòu)的衍射顏料片中，顏料片的大小和隨意定向是集合的光學(xué)性能中的主要因素。因此，在顏料媒介，如涂料或墨水中隨意定向的衍射顏料片會產(chǎn)生在非衍射顏料片中是不存在的衍射光束環(huán)。
再者，光柵在透射中與反射同樣工作。這樣，當衍射結(jié)構(gòu)重疊時，在光學(xué)可變或變色堆中會出現(xiàn)復(fù)雜的光路。由此產(chǎn)生的光學(xué)效果是薄膜干涉和衍射干涉效果的組合。
如上所述，相對于光柵的入射能量的能量值(效率)隨著槽的頻率，形狀和深度的不同而變化。結(jié)果，通過模擬，光柵可以對特定波長得到最優(yōu)化。這樣，形成本發(fā)明的衍射顏料片和箔片的合適衍射光柵結(jié)構(gòu)可以選擇具有指定的線條數(shù)，槽形狀和槽深，使光柵對特別的顏色特征得到優(yōu)化。對于一個特定的光柵，光柵頻率和槽深可基于上述方程和考慮而決定。
在本發(fā)明的一些實施例中，一種光柵結(jié)構(gòu)被運用于頻率從約為1000到約4000條/毫米的衍射光柵格中，線條數(shù)最好是從約1400到約3500條/毫米，更好的是從約1400到約2000條/毫米。另外，光柵的槽深可以是約20納米到約300納米，最好是從約100納米到約250納米。
各種形狀的光柵如三角對稱光柵，三角炫耀光柵，矩形光柵，正弦光柵，等等，可以用于本發(fā)明的光柵結(jié)構(gòu)?；蛘?，光柵可以是一個具有垂直或非垂直交叉槽的，在不同的平面內(nèi)的不同角度同時產(chǎn)生多種衍射圖案的十字光柵。
關(guān)于選擇合適光柵結(jié)構(gòu)的其它細節(jié)在美國第09/919,346號，并于2001年7月31日申請的專利中得到說明，該發(fā)明附此作為參考。
現(xiàn)在回到圖例，其中相同的結(jié)構(gòu)用類似的名稱表示，圖例只顯示需要理解本發(fā)明的一些結(jié)構(gòu)。圖3所示的是網(wǎng)狀或箔片衍射光柵20的示意圖，光柵20有一個置于上表面的可以用來做成根據(jù)本發(fā)明的衍射顏料片或箔片的衍射結(jié)構(gòu)22。對于一個具體光柵，光柵線條數(shù)和深度可以用上述的方程和考慮來決定。例如，可以使用一個衍射光柵，使一個做好的衍射顏料片或箔片將會有一個衍射結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)的間距和振幅經(jīng)過選擇以減弱零階衍射光束的強度以便增加至少一個更高階衍射光束的強度和顏色對比度。在一個實施例中，衍射結(jié)構(gòu)有至少約為1,400條/毫米的頻率和由表面深度至少約為100納米的變化提供的振幅調(diào)制。在另一個實施例中，衍射結(jié)構(gòu)可以約為3000條/毫米或更少，表面深度的變化可以為約220納米或更小。
一種多層鍍膜層24做在光柵20的上表面上，如用傳統(tǒng)的沉積技術(shù)，這樣，衍射結(jié)構(gòu)22在鍍膜層24中被復(fù)制，形成一個薄膜結(jié)構(gòu)。如圖所示，鍍膜層24復(fù)制了光柵20的外形，這樣，光柵頂峰和通道在鍍膜層24的相對表面26。當鍍膜24的薄膜結(jié)構(gòu)被用來做成顏料片時，鍍膜24被打碎，并從光柵20上用如通過水解或釋放層取下，以做成許多衍射顏料片。衍射結(jié)構(gòu)被做在顏料片的一個或兩個主要表面的至少一部分上面。當鍍膜24的薄膜結(jié)構(gòu)被用來做箔片時，薄膜結(jié)構(gòu)可以被用于一個非釋放的衍射光柵基板。
鍍膜24一般包括一個反射層和一個或多個彈力系數(shù)高于反射層的反射材料的不同材料層，這就增加了衍射顏料片的硬度。例如，一個介質(zhì)層可以做在反射層的一個或兩個主面上。介質(zhì)層可以是幾乎透明的介質(zhì)材料。其它層如吸收層可以做在介質(zhì)層上。
當入射光束以法線角度入射到衍射顏料片或箔片時，衍射顏料片或箔片的衍射結(jié)構(gòu)能夠生成一個第一和第二階衍射光束的角度分離，而使第一和第二階衍射光束從400納米到800納米沒有波長的角度重疊。衍射結(jié)構(gòu)的其他特征是在法線角度入射時零階和第一階的強度比為至少約0.25，而零階和第一階衍射或反射光束之間的角度分離至少為約30度。
衍射顏料片或箔上衍射結(jié)構(gòu)可以是帶有至少約為1,400條/毫米和深度至少為100nm的衍射光柵格。最好是，衍射光柵格的條數(shù)從約1400到約3500條/毫米，深度從約為100納米到約300納米。更好的是，衍射光柵格的線條數(shù)從約1400到約2000條/毫米，深度從約140納米到約220納米。
所用的網(wǎng)狀或箔光柵可以從各種商業(yè)源得到。另外，網(wǎng)狀或箔光柵可以來自一個熱塑膜，該熱塑膜通過加熱軟化膜的表面，然后通過將其通過浮雕滾筒以將衍射光柵或全息圖案傳到軟化表面。通過這種方法，可以在實質(zhì)上無限長度的片子上形成衍射光柵或全息圖案?；蛘撸W(wǎng)上或箔上的衍射結(jié)構(gòu)可以通過將鍍有紫外線固化聚合體，如聚甲基丙烯酸甲酯異丁烯(PMMA)，的塑料膜卷通過紫外透明滾筒來做成，這些紫外透明滾筒將衍射表面?zhèn)鞯阶贤饩€固化聚合體，聚合體就被通過紫外透明滾筒的一束紫外光固化了。關(guān)于在基座上制作浮雕表面的其它方法在由米卡等人所有的美國第5,549,774號專利中有說明，并附此引作參考。
衍射顏料片圖4所示的為一個非變色衍射片30的鍍膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由只有吸收或干涉的固有顏色的一個多層鍍膜做成。衍射片30可以是一個三層對稱薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括一個中心反射層32，和在反射層32的相對主表面但不在反射層的至少一個側(cè)面上的相對介質(zhì)層34及36?；蛘?，衍射片30可以是一個兩層設(shè)計，包括一個反射層32，和介質(zhì)層34或36中的一層。介質(zhì)層為衍射片30提供了增強的硬度和耐久性。在這個實施例中，衍射片的非變色背景顏色由干涉效果提供，衍射片將會由于表面上的衍射結(jié)構(gòu)而顯示衍射效果。衍射片30的衍射結(jié)構(gòu)的光柵線條數(shù)和深度可以由上述方法決定和做成。
反射層32最好是由反射材料做成，如各種的金屬或金屬合金，因為它們的高反射率且易使用性，雖然非金屬反射材料也可以使用。合適金屬材料的非限定例包括鋁，銀，銅，金，白金，錫，鈦，鈀，鎳，鈷，銠，鈮，鉻，和它們的化合物，混合物或合金。合適的反射合金和化合物例子包括青銅，黃銅，氮化鈦等等，以及上述金屬的合金如銀鈀。反射層32最好包括一個具有固有顏色的反射材料如銅，金，銀-銅合金，黃銅，青銅，氮化鈦和它們的化合物，混合物或合金。
介質(zhì)層34和36可以包括各種介質(zhì)材料，如折射率大于約1.3的材料。例如，介質(zhì)層34和36可以包括折射率大于約1.65的高折射率介質(zhì)材料，最好是大于2。合適的高折射率介質(zhì)材料的非限定例包括硫化鋅(ZnS)，氧化鋅(ZnO)，氧化鋯(ZrO2)，二氧化鈦(TiO2)，鉆石碳，氧化銦(In2O3)，氧化銦錫(ITO)，五氧化鉭(Ta2O5)，氧化鈰(CeO2)，氧化釔(Y2O3)，氧化銪(Eu2O3)，氧化鐵如氧化三鐵(Fe3O4)和氧化二鐵(Fe2O3)，氮化鉿(HfN)，碳化鉿(HfC)，氧化鉿(HfO2)，氧化鑭(La2O3)，氧化鎂(MgO)，氧化釹(Nd2O3)，氧化鐠(Pr6O11)，氧化釤(Sm2O3)，三氧化銻(Sb2O3)，硅，一氧化硅(SiO)，三氧化硒(Se2O3)，氧化錫(SnO2)，三氧化鎢(WO3)，它們的化合物等等。其它合適的高折射率介質(zhì)材料包括混合氧化物如那些在由庫母絲(Coombs)等人所有的美國第5,989,626號專利中所舉的例子，該專利附此作參考。當用美國第5,989,626號專利中的材料來作介質(zhì)層時，它們一般是在理想配比狀態(tài)如氧化鋯鈦(ZrTiO4)。這種混合氧化物的非限定例包括氧化鋯鈦，氧化鈮鈦，以及它們的化合物等等。
另外，也可以用低折射率的介質(zhì)材料，如那些折射率約為1.65或更低的材料。合適的低折射率介質(zhì)材料的非限定例包括二氧化硅(SiO2)，氧化鋁(Al2O3)，氟化金屬如氟化鎂(MgF2)，氟化鋁(AlF3)，氟化鈰(CeF3)，氟化鑭(LaF3)，氟化鈉鋁(例如，Na3AlF6or Na5Al3F14)，，氟化釹(NdF3)，氟化釤(SmF3)，氟化鋇(BaF2)，氟化鈣(CaF2)，氟化鋰(LiF)，以及它們的化合物或其它任何折射率約為1.65或更低的材料。如，有機單體和聚合體可以被用作低折射率材料，包括二烯或烯烴，如丙烯酸鹽(即甲酯異丁烯)，氟堿烷烴(perfluoroalkenes)，聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene(Teflon))，氟化乙丙烯(fluorinatedethylene propylene)(FEP)，及它們的混合物等等。
值得一提的是，上列的有些介質(zhì)材料一般以非理想配比的形式存在，這通常取決于用來將介質(zhì)材料沉積為鍍膜層的特定方法，上列的化合物名稱只表明大致的理想配比。例如，一氧化硅和二氧化硅中的硅氧比通常分別為1∶1和1∶2，但是一個特定介質(zhì)層的實際硅氧比會與通常值有些不同。這些非理想配比介質(zhì)材料也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
反射層32的物理厚度可以從約10納米到約200納米。如果需要不透明，反射層32的物理厚度可以從約40納米到約200納米，最好是從約80納米到約160納米。不過，值得一提的是如果需要也可以提供半透明的反射層。一般來說，反射金屬層在約35-40納米時變?yōu)椴煌该?。這樣，在需要半透明的情況下，反射層的物理厚度可以是少于約50納米，最好是少于約40納米。例如，一個10納米的厚度可以有效地用來提供一個半透明的反射層。
介質(zhì)層34和36每層的物理厚度可以是約10微米或更少，最好是約為5微米或更少，更好的是3微米或更少，如從約200納米到約600納米，最好是從約250納米到約450納米。衍射片30的總厚度少于約1500納米，最好少于約1400納米，更好的是從約500納米到約900納米。
在制作相應(yīng)于衍射片30的很多衍射片的一個方法中，介質(zhì)層和反射層根據(jù)需要的兩層或三層設(shè)計按順序沉積到一個網(wǎng)狀或箔光柵上，以形成一個帶有薄層結(jié)構(gòu)的多層鍍膜。這個薄膜結(jié)構(gòu)依此被打碎，并被從光柵上取下做成許多的衍射顏料片。
圖5所示的是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的衍射片40的鍍膜結(jié)構(gòu)。衍射片40是一個兩層設(shè)計，有一個基本上包著并密封中心反射層44的連續(xù)介質(zhì)層42。衍射片40的介質(zhì)層和反射層可以由相同的材料構(gòu)成，也可以有相同的厚度如前述衍射片30中相應(yīng)層一樣。衍射片40的衍射結(jié)構(gòu)的光柵線條數(shù)和深度可以按上述的方法決定和做成。
在制作相應(yīng)于衍射片40的很多衍射片的一個方法中，包括至少一個反射層的一層或多層薄膜層被置于一個網(wǎng)狀或箔片光柵上，以形成一個衍射薄膜結(jié)構(gòu)，這個薄膜結(jié)構(gòu)依此被打碎，并被從光柵上取下做成許多相應(yīng)于反射層44的衍射顏料預(yù)備片。如果需要預(yù)備片可以通過磨碾弄得更碎。然后預(yù)備片在一個密封工序中被鍍上介質(zhì)層42，以做成很多衍射顏料片。當使用一個密封工序時，密封層最好是一個包括一種材料的連續(xù)層，并且在衍射片周圍的厚度基本相同。
圖6A所示的是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個變色衍射顏料片50。衍射片50有一個基本對稱的在反射層52的相對面上有鍍膜層的多層薄膜結(jié)構(gòu)。如圖所示，第一和第二介質(zhì)層54a，54b位于反射層52的相對面，第一和第二吸收層56a，56b分別在第一和第二介質(zhì)層54a，54b上。一個衍射光柵結(jié)構(gòu)58在衍射片50中的所有層中復(fù)制。衍射光柵結(jié)構(gòu)58的光柵條數(shù)和深度可以按上述的方法決定和做成。
衍射顏料片50的鍍膜設(shè)計與衍射光柵的結(jié)構(gòu)相結(jié)合會生成一個可以觀察到衍射效果的變色背景色。例如，衍射片50的介質(zhì)層可以做成在一個選定的設(shè)計波長中有一個光學(xué)厚度，這樣，當涂到一個物體上時，一個包括相應(yīng)于衍射片50的許多衍射片的顏料成分通過變色背景顯示出彩色衍射效果。
衍射片50的反射層可以由各種反射材料做成，如前面討論的衍射片30的反射層32。反射層52的物理厚度可以為約40納米到約200納米，最好是從約40納米到約160納米?；蛘?，反射層可以是部分透明(也就是半透明)，這樣，它的物理厚度就在約10納米到約40納米的范圍內(nèi)。
介質(zhì)層54a，54b在衍射片50的薄膜堆結(jié)構(gòu)中起著間隔裝置的作用。這些層可以做成一個有效的光學(xué)厚度以傳印干涉顏色和所需的變色特征。介質(zhì)層可以是透明的，或者也可以是選擇性吸收的，以便有助于顏料片的顏色效果。光學(xué)厚度是一個眾所周之的光學(xué)參數(shù)并被定義為乘積ηd，其中η表示層的折射率，d表示層的物理厚度。一般說來，層的光學(xué)厚度用四分之一波長(QWOT)的光學(xué)厚度來表示，這相當于4ηd/λ，其中λ是出現(xiàn)QWOT條件的波長。在一個選定的設(shè)計波長上，介質(zhì)層的光學(xué)厚度范圍從約2QWOT到約9QWOT，最好是從約2QWOT到約6QWOT，這取決于所需要的變色。介質(zhì)層通常的物理厚度從約60納米到約1000納米，最好是從約200納米到約700納米，這要取決于所需要的顏色特征。
衍射片50中的介質(zhì)導(dǎo)54a和54b可以由各種介質(zhì)材料做成，如前面的衍射片30的介質(zhì)層34和36中提到的高折射率和低折射率的介質(zhì)材料。介質(zhì)層的每一層可以由一種材料或多種混合材料和結(jié)構(gòu)做成。例如，介質(zhì)層可以只由一種低折射率材料或只由一種高折射率材料，兩種或更多種的低折射材料的混合或多層膜，兩種或更多種的高折射率材料的混合或多層膜，或低折射率和高折射率材料的混合或多層膜做成。
每一層介質(zhì)層可由相同或不同的材料做成，并且可以有相同或不同的光學(xué)或物理厚度。當介質(zhì)層由不同材料做成或有不同的厚度時，衍射片在每一邊上顯示不同的顏色，并且顏料片或涂料混合物中衍射片的混合結(jié)果將會顯現(xiàn)出一種由兩種顏色混合的新顏色。這種顏色取決于來自衍射片兩邊的兩種顏色的相加色理論。在一個多樣性的衍射片中，得到的顏色可以是具有面向觀察者的不同的衍射片的隨機分配而產(chǎn)生的兩種顏色的相加之和。
衍射片50的吸收層56a和56b可以由具有所需吸收特性的任何吸收材料做成，也就是說一種在可見恒量中有一個吸收系數(shù)的材料(n幾乎等于k)，或一種吸收系數(shù)會在電磁范圍內(nèi)變化的材料(n不等于k，并且是可變的)。因此，選擇吸收材料與非選擇吸收材料都可以使用。例如，吸收層可以由非選擇吸收金屬材料做成，這些材料沉積到一個厚度使得吸收層是至少部分吸收或半不透明。
吸收層56a和56b的合適吸收材料的非限定例包括金屬吸收材料，如鉻，鎳，鋁，銀，銅，鈀，鉑，鈦，釩，鈷，鐵，錫，鎢，鉬，銠，鈮，和其它相應(yīng)的金屬氧化物，金屬硫化物，金屬碳化物，金屬氮化物，和金屬磷化物。其它合適的吸收材料包括碳，石墨，硅，鍺，含陶合金，與介質(zhì)矩陣材料混合的金屬，和其它可以在可見光譜內(nèi)有均勻或選擇吸收的物質(zhì)。上述吸收材料的各種化合物，混合物，和合金材料都可以用來做成衍射片50的吸收層。
上述吸收材料的合適合金例包括鉻鎳鐵合金(Ni-Cr-Fe)，不銹鋼，耐蝕鎳基合金Hastalloys(如Ni-Mo-Fe；Ni-Mo-Fe-Cr；Ni-Si-Cu)及鈦合金，如，鈦碳混合物(Ti/C)，鈦鎢混合物(Ti/W)，鈦鈮混合物(Ti/Nb)，鈦硅混合物(Ti/Si)以及它們的混合物。如上所述，吸收層也可以由一個吸收的金屬氧化物，金屬硫化物，金屬碳化物，金屬氮化物，金屬磷化物或它們的混合物做成。例如，一種較好的吸收硫化物是硫化銀。其它合適吸收層的化合物包括含鈦化合物如氮化鈦(TiN)，氮氧化鈦(TiNxOy)，碳化鈦(TiC)，氮碳化鈦(TiNxCz)，氮氧碳化鈦(TiNxOyCz)，硅化鈦，硼化鈦和它們的混合物。在TiNxOy和TiNxOyCz中，最好是x＝0到1，y＝0到1，及z＝0到1，而且在TiNxOy中x+y＝1，在TiNxOyCz中x+y+z＝1。對于TiNxCz，最好是x＝0到1，z＝0到1，并且，x+z＝1?；蛘?，吸收層可以由沉積于鈦矩陣中的鈦合金做成，也可以由沉積于鈦合金矩陣中的鈦做成。
吸收層的物理厚度可以從約3納米到約50納米，最好是從可以5納米到可以20納米。吸收層的每層可以由相同的或不同的材料做成，也可以有相同或不同的物理厚度。
對應(yīng)于衍射片50的很多衍射片可以通過一個網(wǎng)狀鍍膜工序來做成，其中，各層被先后沉積在有衍射表面結(jié)構(gòu)的一個網(wǎng)狀材料上，以形成一個薄膜結(jié)構(gòu)。這種薄膜結(jié)構(gòu)然后被打碎，并從網(wǎng)上剝離，以做成許多的衍射片。
圖6A還顯示了衍射顏料片50的另一個鍍膜結(jié)構(gòu)(用虛線表示)，其中，一層或多層的吸收層和介質(zhì)層在一個密封工序中圍繞著反射層52被鍍膜。例如，當一個密封工序用來制做外吸收層時，吸收層56a和56b被做成基本上包著下面的衍射片結(jié)構(gòu)的連續(xù)吸收鍍膜層56的一部分。同樣的，一個密封工序也可以用來制作下面的介質(zhì)層，這樣，介質(zhì)層54a和54b就被做成基本上包著反射層52的連續(xù)介質(zhì)鍍膜層54的一部分。
這樣，衍射顏料片50可以體現(xiàn)在一個多層薄膜堆片或由一層或多層的密封層包著的一個多層薄膜密封粒子里。
各種鍍膜工序可以用來形成密封介質(zhì)層和反射層。例如，合適的用來制作介質(zhì)層的方法包括真空蒸汽沉積，溶膠--凝膠水解，液態(tài)床中的化學(xué)氣相沉積，裝滿粒子的振動盤的下游等離子，電氣化學(xué)沉積。一種合適的氧化硅溶膠--凝膠工序在安得思(Andes)等人所有的美國第5,858,078號專利中有說明，該專利附此作為參考。在本發(fā)明中有用的其他合適的溶膠--凝膠工序在布羅達拉(Brodalla)等人所有的美國第4,756,771號專利中；金克(Zink)等人于1989年在聚合物材料科技(Polym.Mater.Sci.Eng)雜志第61號第204-208頁中發(fā)表的‘由溶膠--凝膠方法得到的硅酸鋁玻璃的光學(xué)探頭和特性’；和麥可滿(McKiernan)等人于1991年在有機聚合物材料(J.Inorg.Organomet.Polym.)雜志第1期第1號第87-103頁中發(fā)表的‘由溶膠--凝膠技術(shù)得到的硅酸及硅酸鋁玻璃中的香豆素染料的發(fā)光及激光特性’有說明，這些資料附此作為參考。
用來制作吸收層的更合適的方法包括真空蒸汽沉積，和在粒子的機械振動床上噴射，如飛利普(Phillips)等人所有的美國第6,241,858B1號專利中所述，該專利附此作為參考。或者，吸收層可以通過有機金屬化合物的高溫分解的方法來沉淀，或者用相關(guān)的化學(xué)氣相沉積工序，該工序可以在一個液態(tài)床中進行，如由史密得(Schmid)等人所有的美國第5,364,467號和第5,763,086號專利中所述，這些專利附此作為參考。如果沒有再進行磨碎，這些方法就會產(chǎn)生一個由介質(zhì)和吸收材料包著的密封芯片段。上述鍍膜工序的各種組合可用在具有多層密封鍍膜的顏料片的制作過程中。如果需要合適的吸收材料可以用作單種材料或作為下置不同吸收材料的一個外層。
在本發(fā)明的另一個實施例中，可以提供非對稱變色衍射片，包括一個在如圖6A所示的衍射片50的反射層52的一邊的具有相同層數(shù)的薄膜堆結(jié)構(gòu)。這種薄膜層堆結(jié)構(gòu)與下述的箔片結(jié)構(gòu)相似。因此，不對稱的衍射片包括，如一層反射層，上覆反射層的一層介質(zhì)層，和上覆介質(zhì)層的一層吸收層。這些層的每一層如上述衍射片50的相應(yīng)層一樣，可以由相同的材料做成，也可以有相同的物理厚度。非對稱變色衍射片也可以以薄膜堆結(jié)構(gòu)的形式提供如圖6A所示的衍射片50，其中反射層各面的介質(zhì)層有不同的厚度或由不同的材料做成。非對稱衍射片可以用網(wǎng)狀鍍膜工序做成，其中各層按依此沉積到一個具有衍射表面的網(wǎng)狀材料上以形成一個薄膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)然后被打碎并從網(wǎng)上剝離以形成很多衍射片。
帶有類似箔片結(jié)構(gòu)的散入一個顏料媒介中的非對稱衍射片生成一種比僅含有對稱衍射片的衍射混合物更亮的衍射混合物。這因為在衍射混合物中的一些非對稱衍射片的反射層向外。另外，對稱和非對稱衍射片可以以不同的比例散入一個顏料媒介以生成一個帶有可變亮度和顏色的混合物。
圖6B是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的變色衍射顏料片150。衍射片150有在一個反射層152的相對面上有鍍膜層的基本上對稱的多層薄膜結(jié)構(gòu)。如圖所示，第一和第二介質(zhì)層154a，154b上覆反射層152的對邊，第一和第二吸收層156a，156b分別上覆第一，第二吸收層154a，154b。而且，第三和第四介質(zhì)層158a，158b分別上覆第一和第二吸收層156a，156b。一個衍射光柵結(jié)構(gòu)159在衍射片150的所有層中被復(fù)制了。衍射光柵結(jié)構(gòu)159的光柵線條數(shù)和深度可以按上述的方法決定且做成。
顏料片150的鍍膜設(shè)計與衍射光柵結(jié)構(gòu)結(jié)合生成一個變色背景顏色，通過該顏色可以觀察到衍射光學(xué)效果。例如，衍射片150的介質(zhì)層在選定的設(shè)計波長可以有一個光學(xué)厚度，這樣，當涂到一個物體上時，包括對應(yīng)于衍射片150的許多衍射片的顏料混合物透過變色背景顯示一種彩色衍射效果。
對應(yīng)于衍射片150的許多衍射片可以通過上述的網(wǎng)狀鍍膜工序形成，其中各層按順序被沉積到一個帶有衍射表面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀材料上，以形成一個薄膜結(jié)構(gòu)。這種薄膜結(jié)構(gòu)然后被打碎并從網(wǎng)上剝離以做成衍射片。由上述衍射片50的相應(yīng)層，衍射片150的每層可以由相同的材料做成，也可以有相同厚度。
圖6B還顯示了用于衍射片150的另一個鍍膜結(jié)構(gòu)(用虛線表示)，其中，一層或多層的吸收層和介質(zhì)層在一個密封工序中圍繞著反射層152被鍍膜。例如，當一個密封工序用來制做外介質(zhì)層時，介質(zhì)層158a和158b被做成基本上包著下面的衍射片結(jié)構(gòu)的連續(xù)介質(zhì)鍍膜層158的一部分。同樣的，一個密封工序也可以用來制作衍射片150的下面的一層或多層吸收層和介質(zhì)層。例如，吸收層156a和516b可以是基本上包著下面的衍射片結(jié)構(gòu)的連續(xù)吸收鍍膜層156的一部分。一個密封工序也可以用來制作介質(zhì)層，這樣，介質(zhì)層154a和154b就被做成基本上包著反射層152的連續(xù)介質(zhì)鍍膜層154的一部分。
這樣，衍射顏料片150可以體現(xiàn)在一個多層薄膜堆片或由一層或多層的密封層包著的一個多層薄膜密封粒子里。
在衍射片150的另一個實施例中，可以提供非對稱的變色衍射片，包括一個在如圖6B所示的衍射片150的反射層152的一邊的具有相同層數(shù)的薄膜堆結(jié)構(gòu)。非對稱變色衍射片也可以以薄膜堆結(jié)構(gòu)的形式提供如圖6B所示的衍射片150，其中在反射層各面并覆蓋吸收層的介質(zhì)層有不同的厚度或由不同的材料做成。
圖7中是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的衍射顏料片60。衍射片60包括在相對主表面上有第一和第二反射層64a和64b的中心支撐層62。通過在反射層間插入支撐層，衍射片60被大大地固定和加固，并提高了硬度。
反射層64a和64b可以由上述的任何反射材料做成，和與上述衍射片30的反射層32相似的厚度范圍。衍射片60有做在至少一個表面上的一個衍射結(jié)構(gòu)66。衍射結(jié)構(gòu)66的光柵條數(shù)和深度可并由上述的方法決定和做成。
對應(yīng)于衍射片60的許多衍射片可以通過一個網(wǎng)狀鍍膜工序形成，其中各層按順序被沉積到一個網(wǎng)狀材料上，以形成一個薄膜結(jié)構(gòu)。這種薄膜結(jié)構(gòu)然后被打碎并從網(wǎng)上剝離以做成很多衍射片。
衍射片60本身可以用作一個顏料片或可以用作帶有一層或多層附加層68a，68b的反射中心段。例如，附加介質(zhì)層可以附加上覆反射層54a和54b。這些附加的介質(zhì)層可以增加衍射片60的耐力，硬度和對環(huán)境抵抗。
附加層68a，68b也可以包括如衍射片50中所述的介質(zhì)層和吸收層。如上所述，這種鍍膜結(jié)構(gòu)生成一種變色背景，通過該背景可以觀察到衍射光學(xué)效果。
附加層68a，68b可以做為網(wǎng)狀鍍膜工序的一部分來形成，其中，各層按順序沉積到網(wǎng)狀材料上并被釋放以形成一個薄膜堆片結(jié)構(gòu)?；蛘撸粚踊蚨鄬拥母郊訉?8a，68b，如一個介質(zhì)層和一個吸收層在一個密封工序中可以被做成幾乎包住下面的衍射片結(jié)構(gòu)的連續(xù)鍍膜層68的一部分。
最好用介質(zhì)材料來做支撐層62。介質(zhì)材料最好是無機材料，因為無機介質(zhì)材料良好的脆性和堅硬度，如由庫耳特(Coulter)等人所的美國第6,013,370號和第6,150,022號專利中所述，這些專利附此作為參考?？梢圆捎玫母鞣N介質(zhì)材料包括氟化金屬，氧化金屬，硫化金屬，氮化金屬，碳化金屬和它們的混合物等等。介質(zhì)材料可以是晶體狀態(tài)，非晶體狀態(tài)，或半晶體狀態(tài)。這些材料容易得到，并且很容易用到物理或化學(xué)氣相沉積工序中，或其它的濕化學(xué)工序如溶膠-凝膠鍍膜。
適合用作支撐層62的介質(zhì)材料的非限定例包括氟化鎂，一氧化硅，二氧化硅，氧化鋁，二氧鈦，氧化鎢，氮化鋁，氮化硼，碳化硼，碳化鎢，碳化鈦，氮化鈦，氮化硅，硫化鋅，玻璃片(如用卷鍍做的帶有釋放層的玻璃片)如合成板，鉆石碳，及它們的混合物等等?；蛘?，支撐層62可以由預(yù)先加工成的有大縱橫比的介質(zhì)或陶瓷片材料做成，如由玻璃做成的合成板，氧化鋁，二氧化硅，碳，云母氧化鐵，鍍膜云母，氮化硼，碳化硼，石墨，氯氧化鉍，它些各種的混合物等等。
在另一個實施例中，除了介質(zhì)支撐層以外，各種具有足夠張力對壓力比的半導(dǎo)體和導(dǎo)體材料也能起到支撐層的作用。這些材料包括硅，硅化金屬，由III，IV，or V族半導(dǎo)體化合物，具有中心立方晶體結(jié)構(gòu)的金屬，金屬陶瓷成分或化合物，半導(dǎo)體玻璃，及上面各種的混合物等等。不過，從這里的說明可以看出，任何可以提供如本發(fā)明所述的功能并能夠起到堅硬層的作用的玻璃狀材料的都可用作這些材料的可取替代材料。
支撐層62的厚度可以從約10納米到約1000納米，最好是從約50納米到約200納米，雖然這里的范圍不應(yīng)看作限制。
另外，衍射片60可以做成一個密封的粒子，如圖7中的虛線所示。粒子可以是一個兩層設(shè)計，其中反射層64幾乎包著并密封支撐層62。密封的粒子本身可以用作一個顏料粒子，或可以用作有一層或多層附加層68的衍射芯段。例如，一個外介質(zhì)層可以上覆并密封反射層64。這一外介質(zhì)層給密封粒子加強了耐度，堅硬度和抗環(huán)境程度。附加層68也可以包括如在衍射片50中所述的介質(zhì)層和吸收層。如上所述，這種鍍膜結(jié)構(gòu)生成一種變色背景顏色，通過這些顏色可以觀察到衍射效果。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的變色顏料片70。顏料片70是在一個介質(zhì)芯層72的相對面上有基本上對稱的多層薄膜結(jié)構(gòu)的一個三層設(shè)計。這樣，第一和第二吸層74a和74b在介質(zhì)芯層72的相對主表面上。顏料片70在至少一個表面上有一個衍射結(jié)構(gòu)76。衍射結(jié)構(gòu)76的光柵條數(shù)和深度可以按上述的方法決定和做成。顏料片70各層可以按上述的網(wǎng)狀鍍膜和剝離工序做成。
圖8還顯示了另一個用于衍射片70的鍍膜結(jié)構(gòu)(用虛線表示)，其中，吸收層在一個密封工序中包鍍芯層72。因此，吸收層74a和74b被做成幾乎包著芯層72的一個連續(xù)鍍膜層74的一部分。
這樣，衍射顏料片70可以體現(xiàn)在一個多層薄膜堆片或一個多層薄膜密封粒子。衍射片70的介質(zhì)層和吸收層的合適材料和厚度可以與上述衍射片50的相同。
前述實施例的各種修改和組合也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，附加介質(zhì)層，吸收層和/或其它光學(xué)鍍膜可以做在上述各衍射片實施例的周圍，或在形成衍射片之前的反射膜上，以生成其他所需的光學(xué)特征。這種附加鍍膜可給顏料片提供加強的光學(xué)效果。顏料片的新顏色可以通過壓縮頂峰設(shè)計得到，如由庫布思(Coombs)等人所有的美國第5,214,530號專利中所述，此專利附此作為參考。
本發(fā)明的衍射片的厚度最好是小于約3微米，更好的是小于約2微米。關(guān)于長度和寬度，每片的大小將因為破碎工序的不同而不同。不過，中值片的大小，寬度和長度較好是從約5微米到約200微米，更好的是從約5微米到約100微米，最好的范圍是從約18微米到約22微米。
衍射片的背景色是通過如熒光，磷光，固有吸收，和薄膜干涉等獨特原因生成的?？梢娧苌湫Ч某潭纫驗楣鈻诺臈l數(shù)的不同而不同。例如，帶有500條/毫米光柵數(shù)的衍射片的涂料的可視衍射效果就低，而當光柵數(shù)多于1400條/毫米或2000條/毫米時，衍射效果就得到增強。事實上，高達約3000條/毫米的光柵微型結(jié)構(gòu)的條紋數(shù)可以通過多層光學(xué)堆在衍射上片上得到。由衍射片生成的光學(xué)效果可以根據(jù)衍射片的幾何微型結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。
衍射混合物本發(fā)明的衍射顏料片可以散入一個顏料媒介以生成一種衍射混合物如墨水，涂料或類似物質(zhì)，它們可以運用到各種物體或紙張上。顏料片也可以散入一種如塑料材料的顏料媒介，這種材料可以被模壓或擠壓以形成一個具有衍射效果的物體。顏料片也可散入如化妝成分或汽車涂料的顏料媒介。
加入顏料媒介的衍射顏料片通過入射到固化媒介的表面上的射線生成一種預(yù)定的光學(xué)反應(yīng)。最好是，顏料媒介含有樹脂或樹脂的混合物，它們能通過加熱如熱交叉耦合，熱安裝，或縶解蒸發(fā)，或光化學(xué)交叉耦合使樹脂固化或硬化。有用的顏料媒介包括各種的聚合混合物或有機粘合劑如醇酸樹脂，聚酯樹脂，丙烯酸樹脂，聚亞安樹脂，乙烯基樹脂，環(huán)氧膠，苯乙烯等等。這些樹脂的合適例子包括三聚氰胺，丙烯酸鹽如甲基丙烯酸，氰乙烯聚丁本乙烯樹脂(ABS)，以醇酸樹脂為主的墨水和涂料成分和各種它們的混合物。與顏料媒介混合的衍射片生成一種可直接用作涂料，墨水或可模壓塑料材料的衍射混合物。衍射混合物也可以當作傳統(tǒng)涂料，墨水或塑料材料的添加劑。
顏料媒介最好也含有溶解樹脂的溶劑。一般說來，有機溶劑或水都有可以作為溶劑。在媒介中也可以用揮發(fā)性溶劑。最好是用一種即揮發(fā)又可稀釋的溶劑，如稀釋劑作揮發(fā)性溶劑。尤其是，顏料媒介的快速干化可以通過增加低沸點混合物溶劑，如甲基乙荃酮(MEK)溶劑的量來實現(xiàn)。
另外，本發(fā)明的衍射片可以附加地與各種添加材料混合，如傳統(tǒng)的非衍射顏料片，粒子，或不同色調(diào)，色度和亮度的染料，以獲得所需的顏色特征。例如，顏料片可以與其它傳統(tǒng)的干涉或非干涉型顏料混合，以便生成其它范圍的顏色。這種預(yù)先混合好的混合物然后可以散入一個聚合媒介如涂料，墨水，塑料或其它聚合顏料媒介以便用傳統(tǒng)的方法使用。
可以與本發(fā)明的衍射片相混合的合適的添加劑例子包括，薄層顏料如多層膜的變色片，鋁片，石墨片，玻璃片，氧化鐵，氮化硼，云母片，鍍有二氧化鈦干涉膜的云母片，鍍有多層膜的片狀硅化基座的干涉顏料片，金屬介質(zhì)或全介質(zhì)干涉顏料片，等等，和非薄層顏料片如鋁粉，碳黑，藍色顏料，鈷顏料，有機顏料或染料，金紅石，或含有無機顏料的尖晶石，天然顏料，無機顏料如二氧化鈦，滑石，陶土，等等；及各種它們的混合物。例如，可以加入鋁粉或碳黑顏料以控制亮度和其它顏色特征。
本發(fā)明的彩色衍射顏料片也可以與其它衍射片，如于2001年7月31日申請的美國第09/919,346，號專利所述的高反射非彩色衍射片，混在一起，該發(fā)明附此作參考。本發(fā)明的彩色顏料片也可以與各種暗色的非彩色衍射片，如于2001年12月20日申請的美國第10/029,405號專利中所述的，混在一起，該發(fā)明附此作參考。這些可與本發(fā)明的衍射片混合在一起的添加衍射片可以有對稱或不對稱的層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的顏料片可以很容易并且很經(jīng)濟地用于涂料和墨水中，這些涂料和墨水可涂到各種物質(zhì)或紙上，如機動化的的交通工具，貨幣，和安全性文件，家用電器，建筑結(jié)構(gòu)，地板，織物，運動用品，電子包裝/外殼，產(chǎn)品包裝，飲料容器等等。衍射片也可以用于制作彩色塑料材料，鍍膜混合物，擠壓零件，靜電鍍膜，玻璃，和陶器材料。
衍射顏料片可以有一個預(yù)先選好的尺寸并放入一個顏料媒介以生成一種適用于印刷工藝的墨水，如凹雕，平版印刷，絲網(wǎng)印刷，凹版印刷，醫(yī)用刀片和濕鍍膜。衍射顏料片也適用于散入傳統(tǒng)的涂料媒介或樹脂使其能與傳統(tǒng)的涂料方法相匹配，特別是與油漆的機動工具或需要一個基部，中間部分，頂部等等的其它結(jié)構(gòu)相匹配。衍射顏料也適用于化妝成分，薄膜等等的裝飾應(yīng)用申。
根據(jù)本發(fā)明一個鍍膜物包括一個帶有一個表面的物體，一層衍射鍍膜層上覆該表面至少一部分。鍍膜層包括一種含有上述顏料媒介的衍射混合物，許多衍射顏料片散入顏料媒介中。鍍膜物還可以包括一個鍍膜底層，這種鍍層可以包括一個在鍍衍射鍍膜層之前做到一個物體上的預(yù)鍍層，主要鍍層和/或封頂層。一個透明的頂鍍層如一種無色鍍層可以用在衍射鍍層上。這種鍍膜層結(jié)構(gòu)通常在油漆機動工具如汽車中產(chǎn)生。這種鍍膜層結(jié)構(gòu)的其它細節(jié)在由飛利浦(Phillips)等人所的美國第5,571,624號專利中已得到說明，該專利附此作參考。
或者，鍍膜物還可包括一層位于衍射鍍膜層下面的非衍射鍍膜層，或一種部分上覆衍射鍍膜層的非衍射鍍膜層，因而在物體上面形成一個衍射格。這種鍍膜結(jié)構(gòu)如圖9和圖10所示，圖中顯示了一個多層鍍膜的應(yīng)用例子，其中的一層鍍膜層帶有根據(jù)本發(fā)明的衍射片而其它鍍膜層有非衍射片。例如，圖9顯示一種鍍膜物100，包括一個在其上面有一層衍射鍍膜層104的表面部分102。一種非衍射鍍膜層106部分上覆衍射鍍膜層104，從而生成一種在衍射鍍臘層104的暴露表面的衍射案。圖10所示的是一個帶有相反鍍膜結(jié)構(gòu)的鍍膜物體110，其中，衍射鍍膜層104上覆一個非衍射鍍膜層106。
在另一個實施例中，鍍膜物包括一個帶有散布到其中的衍射片的單層鍍膜層。非衍射片也可以附加散入帶有衍射片的鍍膜層。例如，圖11所示一個鍍膜物體120，包括一個在其上面有一鍍膜層124的一個表面部分122。鍍膜層124包括許多衍射片126和附加的被散入顏料媒介的非衍射片128。如果在一個特殊應(yīng)用中需要，一個透明的頂部鍍膜層130可以被置于鍍膜層124的上面。另外，在涂鍍膜層124之前，一個基座鍍膜層132可以附加到表面部分122。
帶有衍射鍍膜或著色的打印或不規(guī)則形狀的物體看起來會象有一個連續(xù)全息或衍射光柵箔，這樣，物體部分的主色具有照明光源和觀察者并列的功能。涂在一個物體上的本發(fā)明的衍射混合物也會生成幾乎連續(xù)的顏色衍射效果，當運用于一彎曲物體時，在漫射和鏡面或直線照明的混合下混合物也會生成幾乎均一并連續(xù)的可以觀察到的顏色范圍。
衍射顏料片在安全文件上可提供附加的仿偽和影印安全特點及對高價值和/或關(guān)鍵部件和供應(yīng)品的鑒定。例如，衍射片可以用來做一個光學(xué)安全器件，包括第一部分，第二部分和在第一和第二部分的至少一部分中的顏料片裝置。顏料片的衍射結(jié)構(gòu)包括一系列幾乎等間距的線性特征，以減少零階衍射光束而增加第一或更高階衍射光束，這樣安全器件的外觀由第一或更高階反射的散射光束所決定。
衍射箔片圖12所示的是變色衍射箔片200的一個鍍膜結(jié)構(gòu)。衍射箔200做在一個基座202上，這種基座可以是任何適用的材料，如柔軟的PET網(wǎng)，載體基座或其它塑料材料，一個衍射結(jié)構(gòu)如衍射光柵格或全息圖像格被做在上面?；?02的合適厚度為，例如，約為0.5千分之一寸到約7千分之一寸。
衍射箔200包括一層上覆基座202的反射層204，一層上覆反射層204的介質(zhì)層206，和一個上覆介質(zhì)層206的附加吸收層208。衍射箔200中的反射層，介質(zhì)層，和吸收層的每一層復(fù)制基座202的衍射結(jié)構(gòu)。衍射箔200中的反射層，介質(zhì)層，和吸收層如上述衍射片30和50中的相應(yīng)層可以由相同的材料做成也可以有相同的厚度。
如果反射層材料本身具有顏色吸收，衍射箔200就可以不要吸收層208。這樣，在這種實施例中的箔包括上覆基座202的反射層204，和上覆反射層204的介質(zhì)層206。這種箔會有一個背景顏色和通過背景顏色可以觀察到的衍射效果。箔中每一層的反射層和介質(zhì)層有一個復(fù)制的基座202的衍射結(jié)構(gòu)。在這種箔的一個理想實施例中，介質(zhì)層包括氟化鎂，反射層包括銅。
衍射箔200可能通過一個網(wǎng)狀鍍膜程序來做成，使上述各層相繼置于帶有衍射結(jié)構(gòu)的網(wǎng)上。各種的層可以通過傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積的方法置于網(wǎng)上的衍射結(jié)構(gòu)之上以形成一個薄膜箔，該箔復(fù)制箔層內(nèi)的衍射結(jié)構(gòu)。箔200可以做在載體基座上，基座可以是沒有釋放層的網(wǎng)。另外，箔200可以做在有釋放層的網(wǎng)上，這樣，箔就可以被取下并粘附到一個物體的表面上。
例如，圖13是帶有一個附加釋放層224的衍射結(jié)構(gòu)的網(wǎng)222之上的衍射箔200。反射層204被置于附加釋放層224之上，接著沉積介質(zhì)層206和吸收層208。當不使用釋放層時，箔200可以粘在網(wǎng)222上作為載體使用。當使用釋放層時，箔200通過附加粘附層232，如透明的粘劑或紫外可固化粘劑壓到一個透明基座上(沒有圖示)。在被壓之前，粘附層232可以被用于吸收層208和/或透明基座上。
圖14是另一個實施例，其中，帶有與箔200相同的薄膜層的變色衍射片240被做于帶有衍射結(jié)構(gòu)和一個附加釋放層224的網(wǎng)222之上。箔240使吸收層208沉積在網(wǎng)222之上，接著是介質(zhì)層206和反射層204。當沒有用到釋放層時，箔可以作為載體被粘附到最好是透明的網(wǎng)222上。當使用到釋放層時，箔240也可以通過一個粘接層244，如熱壓粘劑，對壓力敏感的粘劑，永固粘劑等等粘附到一個如相對層242的基座上。粘接層244可以在反射層204和/或相對層242上。
當用熱壓粘劑時，箔的光學(xué)堆被排列好，使得光學(xué)外表面與釋放層相鄰。這樣，例如，圖14中的箔240從網(wǎng)222中釋放時，吸收層208就在相對層242的外面。在一個理想的實施例中，釋放層224是一個在吸收層208上的透明硬蓋以保護從網(wǎng)222中釋放出來的各層。其它制作和使用光學(xué)堆來作為熱壓粘劑的細節(jié)在美國第5,648,165，5,002,312，4,930,866，4,838,648，4,779,898，和4,705,300號專利中有詳細說明，這些專利附此作為參考。
本發(fā)明的顏料片和箔提供了許多好處和優(yōu)勢。顏料片和箔有衍射和薄膜干涉效果。當這種粒子被散入一種鍍膜混合物并用于一物體時，即使顏料粒子太小不能被肉眼觀察到，隨著觀察角度的不同也會演示出衍射和薄膜干涉效果。
另外，具有顏色特性的薄膜銅層或其化合物的非干涉薄膜層可以與衍射成分一起用來制作本發(fā)明的衍射片和箔。帶有復(fù)制的衍射光柵的光學(xué)堆的衍射片可以通過噴射，印刷工藝，鍍膜器件等等像墨水，涂料，或鍍膜一樣被使用。
即使在含有衍射片的鍍膜中衍射片的槽隨意定向，本發(fā)明的顏料片也會生成預(yù)想外的顏色。而且，通過本發(fā)明的衍射箔和含有衍射片的鍍膜可以觀察到在現(xiàn)有技術(shù)中看不見的新顏色。箔和衍射片中的薄膜干涉鍍膜的顏色軌跡被改變了，并以出現(xiàn)在光學(xué)堆中雙重的衍射結(jié)構(gòu)中。當照明變化從散射到高度直接照射時，大的顏色變色可以在衍射箔中和含有衍射顏料的鍍膜中被觀察到。當從散射光(如建筑內(nèi)照亮的日光燈)變?yōu)榉瓷涔?如陽光或點光)時，在箔中或含有從背景顏到亮色這種顏料的鍍膜中會突現(xiàn)一串顏色。另外，通過本發(fā)明的箔和鍍膜，在反射光條件下，亮色會在較高的觀察角度出現(xiàn)。
下面的例子是用來說明本發(fā)明的，但并不是限制本發(fā)明的范圍。
例子為了量化某一特別物體的顏色特性，用由CommissionInternationale de l′Eclairage(CIE)發(fā)展而成的L*a*b*顏色系統(tǒng)是很有用的，為發(fā)更準確的描述顏色，該系統(tǒng)在工業(yè)中現(xiàn)已成為標準。在該系統(tǒng)中，L*表示亮度，a*和b*表示染色的配比。L*a*b*顏色系統(tǒng)用來生成下面一些例子各種a*b*圖表，這些圖表示顏色的軌跡和一種選擇的衍射顏料的染色度。
L*a*b*顏色系統(tǒng)允許用ΔEab參數(shù)來對兩種測量的方法中顏色的不同進行比較，這可以指出用L*a*b*顏色空間測得的顏色變化，如兩種不同變色片的的顏色不同。ΔEab的數(shù)字值可以用測得的L*a*b*的值通過下列的方程算得ΔE*ab＝[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2其中Δ表示所比較得到的不同值。
在以下例子所述中的拉內(nèi)塔壓降(Laneta drawdowns)用一個村上角度光譜儀(Murakami goniospectrophotometer)來分析。壓降(drawdown)指的是滴在紙上的一滴涂料或墨水試樣以對顏色進行評估。一般來說，壓降是用油灰刀或壓舌板的邊緣將一球形的涂料或墨水壓平以取得涂料或墨水的一層薄膜?；蛘?，通過梅杰(Mayer)滾筒壓過拉內(nèi)塔卡和一球形涂料得到。村上(Murakami)器件在一個選定的結(jié)構(gòu)中對一個固定的照明位置(45°)和可變的觀察角度(-80°到80°)提供有關(guān)試樣在L*a*b*顏色范圍內(nèi)的亮度(L*)和a*，b*的色度坐標信息。
例1-7相對于衍射光柵入射能量(效能)的能量大小作為光柵類型和槽深度的一個涵數(shù)是不化著的。作為一個結(jié)果光柵可以優(yōu)化到一個特別的波長。對于任何一波長分布進入各種衍射階中的光譜可以通過上述的方程1計算。
例1-7中的各種從500條/毫米到3000條/毫米的衍射光柵通過傳統(tǒng)的光學(xué)軟盤被復(fù)制以決定最佳的光柵結(jié)構(gòu)。圖15-20仿制結(jié)果的曲線圖，表示衍射角度作為例1-7中各種衍射光柵的各種波長的函數(shù)。特別是，圖15-20表示各種可視波長(400納米紫外線波到700納米的紅外線波)的衍射角度在法線各45度入射的情況。下表1提出了一些相關(guān)圖示和被仿制的光柵結(jié)構(gòu)的例子階數(shù)。
Table 1表1

圖15中所示的500條/毫米光柵(例1)，在一個給定的衍射角度，如例40中的角度(在法線入射)，第3階法線入射彎曲處有一種與第二階法線入射彎曲處重疊的顏色。在45度入射出現(xiàn)了相同的效果。在光柵為1000條/毫米的例子中(例2)，在法線入射和45度入射重疊顏色出現(xiàn)在第一和第二階，如圖16所示。在光柵等于或高于1400條/毫米(例3-7)中，觀察不到重疊現(xiàn)象。
例8一個具有1400條/毫米的鋁制正弦衍射光柵用傳統(tǒng)的光學(xué)軟盤做的模式。圖21和22的曲線圖表示在不同的槽深度，400，550和700納米的波長的光處于法線和60度入射角時的理論效率(反射的百分比。模型的結(jié)果表明槽的深度靠近160納米是取得最小零階和最大第1階分布的最好深度，因此增強了光柵的衍射效果。
采用相同的標準，優(yōu)化的槽深定在2000條/毫米的光柵約為220納米，面3000條/毫米的光柵為116納米。
例9-10光柵數(shù)為1000條/毫米(例9)的鋁正弦衍射光柵及光柵數(shù)為1000條/毫米(例10)的矩形波衍射光柵用傳統(tǒng)的光學(xué)軟盤做的模型。例10的光柵是對稱的，線條頂端的長度與光冊區(qū)間的比為0.5。圖23和24的曲線圖表示例9和例10在不同的槽深，550納米入射時的理論效率；模型表示1000條/毫米的矩形波光柵，最大的階是在槽深為150納米時得到的，這一深度正好是零階最小的時候。在相同的線條數(shù)時，正弦光柵表示槽深約為200納米的第1階的最大值和零階的最小值。不過，與矩形波結(jié)構(gòu)相比，在正弦光柵中的連續(xù)階不會有相同的圖格。通過合理的安排槽的頻度，形狀，深度等等，就可以在顏料應(yīng)用中得到相似的衍射效果。
例11圖25-29是用電子顯微掃描所拍攝的根據(jù)本發(fā)明所做的各種衍射顏料片。特別是圖25表示光柵數(shù)為1400條/毫米的衍射片，圖26表示光柵數(shù)為1400條/毫米交叉光柵，及圖27表示光柵數(shù)為2000條/毫米的衍射征。在所有例子中得到的微型結(jié)構(gòu)很相似，表示對光柵基座的完好仿制。
例12圖28-29是用電子顯微掃描所拍攝的光柵數(shù)為3000條/毫米并且用下面鍍膜設(shè)計的衍射片的照片，2QWOTZnS@687nm/160nm Al/2QWOTZnS@687nm圖28和29證明即使是高光柵線條數(shù)，光柵格是對于用來做光柵片的一薄膜堆可透明的。在所有例子中得到的微型結(jié)構(gòu)很相似，表示對光柵基座的完好仿制。
例13圖30的橫截電子圖表示衍射顏料粒子的鍍膜微觀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)從光柵基座上被分層。尤其是，顯微圖表示用來做包括一層介質(zhì)層406和反射層408的多層鍍膜結(jié)構(gòu)的2000條/毫米光柵402。一個分層區(qū)404在光柵402和介質(zhì)層406之間。介質(zhì)層406在550納米時的7QWOT的ZnS層，反射層408是鋁的80納米層。ZnS層的物理厚度約為410納米，這樣，提供了物理鍍膜厚度約為490的薄膜堆。顯微圖表示鍍膜層沿著光柵的側(cè)面402燕維持著未鍍膜光柵的衍射光學(xué)效果。
通過將下面的薄膜層沉淀到50納米的NaCl釋放層得到的一種衍射顏料，該釋放層位于一衍射光柵聚合網(wǎng)基座下面5nm Cr/2QWOT MgF2@600nm/160nm Al/2QWOTMgF2@600nm/5nm Cr沉淀層暴露于溫水，溶解了釋放層，因而將薄膜堆變?yōu)槠．攽?yīng)用于物體時，這些片會與衍射光學(xué)效果一起演示一種從金色到銀色的變色背景。
例15通過將下面的薄膜層沉淀到60納米的NaCl釋放層得到的一種衍射顏料，該釋放層位于一衍射光柵箔基座下面8nm Cr/X QWOTZnS@Ynm/160nm Al/X QWOTZnS@Ynm/8nm Cr三種顏料樣品(A-C)都有上述的光學(xué)鍍膜設(shè)計，它們的漸減值(X，Y)在下面的表2中
表2

光柵箔基座和沉淀的各層暴露于水中，溶解了NaCl層，從而將薄膜堆變?yōu)閹в写蟮膶捔Ｗ拥钠?，而后又被弄碎以做成衍射片。衍射片是平均粒子大小?0微米的超聲波片。弄碎后，這些片被加到涂料媒介中并作為壓降用于拉內(nèi)塔卡。涂料媒介中的一引起衍射片也被噴射到具有不同形狀的物體中以顯示它們點綴后的外觀。
顏料樣品A，B，C的背景顏色分別為紅色，綠色，和紫色。當樣品用嚴格的散射光觀察時，背景顏色被認為是最強列的顏色，并對一些衍射微波光束扮演著過濾器的作用。作為與衍射效果相結(jié)合的背景顏色的結(jié)果，當鍍膜物體在不同的角度被觀察時，會出現(xiàn)獨特的全范圍顏色。
圖31-33的a*b*圖表分別表示顏料樣品A-C的顏色軌跡和染色性。用村上角度光譜儀對其進行測量。對背景顏色的過濾效果在圖31-33a*，b*的顏色軌跡得以說明。例如，顏料樣品A(圖31)在坐標的第1(+b，+a)和第4(+a，-b)象限中軌跡，過濾了黃色，綠色和藍色。顏料樣品B(圖32)基本上在坐標的第2(+b，-a)和第3(-a，-b)象限中，過濾了大部分的橙色，紅色和紫色。顏料樣品C(圖33)在坐標的所有象限中都有軌跡。
樣品A-C中的背景顏色由干涉折射效果產(chǎn)生。這可以從圖31-33的a*b*圖象觀察到，紅和綠(例A和B)飽合光譜顏色，但紫色(例C)是一種更不飽合的非光譜顏色色，并且通過紫羅蘭色和紅色的光束得到的。
例16
通過將下面的薄膜層沉淀到60納米的NaCl釋放層得到的一種變色衍射顏料，該釋放層位于一1400條/毫米衍射光柵箔基座下面8nmCr/X QWOTMgF2@Ynm/160nm Al/X QWOTMgF2@Ynm/8nm Cr三種顏料樣品(D-F)都有上述的光學(xué)鍍膜設(shè)計，它們的漸減值(X，Y)在下面的表3中表3

光柵箔基座和沉淀的各層暴露于水中，溶解了NaCl層，從而將薄膜堆變?yōu)閹в写蟮膶捔Ｗ拥钠?，而后又被弄碎以做成衍射片。衍射片是平均粒子大小?0微米的超聲波片。弄碎后，這些片被加到涂料媒介中并作為壓降用于拉內(nèi)塔卡。涂料媒介中的一引起衍射片也被噴射到具有不同形狀的物體中以顯示它們點綴后的外觀。
顏料樣品D，E和F的背景顏色分別為綠/藍，洋紅/綠，和紅/金。當觀察角度從零度到更大的角度時，樣品中的背景色會從相應(yīng)的長波如(綠色)到更短的波(如藍色)。
圖34-36的a*b*圖表分別表示樣品顏料D-F的顏色軌道和染色性。用村上角度光譜儀對其進行測量。對背景顏色的過濾效果在圖34-36a*，b*的顏色軌跡得以說明。例如，顏料樣品D(圖34)在坐標的第2(+b，-a)象限中軌跡。顏料樣品E(圖35)和F(圖36)在坐標的第1(+b，+a)和第4(+a，-b)象限中。然而它們的軌跡卻很不相同。
對于一個特定的變色膜設(shè)計，一個非光珊涂料的壓降在大角度接近零的值(幾乎沒有色彩的模糊色)和在45度照明/鏡面反射觀察時特定設(shè)計的色度圖中的點之間只顯示一條直線。對于一個平板一樣的顏料，沒有衍射效果，變色鍍膜設(shè)計會由光束的干涉生成一種變色顏料。當在變色干涉現(xiàn)象中加入衍射時，由兩種不同現(xiàn)象的重疊來獲得光學(xué)印象是不平常的并且又很有吸引力。在輕微變色衍射顏料的例子中，對一些衍射波光束來說，背景顏色扮演著過濾器的作用，并過濾器的顏色隨著觀察角而不同。
例子17-19通過將薄膜層沉淀到位于衍射聚合網(wǎng)基座下面的釋放層做成的含有銅的衍射顏料，并且這種基座的光柵條數(shù)為1400條/毫米。用于形成含有銅的衍射顏料的鍍膜設(shè)計包括2QWOTZnS@450nm/Cu/2QWOT ZnS@450nm(Ex.17)；2QWOTZnS@750nm/Cu/2QWOT ZnS@750nm(Ex.18)；and8nm Cr/2QWOT ZnS@750nm/Cu/2QWOTZnS@750nm/8nm Cr(Ex.19).
用于例17-19的鍍膜設(shè)計的Cu層的物理在60納米到100納米之間。沉淀層暴露于溫水，溶解了釋放層，因而將薄膜堆變?yōu)槠?br> 當應(yīng)用于物體時，例17的顏料片演示一種銅色背景色和衍射光學(xué)效果，當應(yīng)用于物體時，而例18的顏料片演示一種橄欖色背景色和衍射光學(xué)效果。由于ZnS的光學(xué)厚度的變色，例18的顏料片演示不同于例17中的顏料片的背景顏色。當應(yīng)用于物體時，例19的顏料片演示一種茶色/藍色背景色和衍射光學(xué)效果。
圖37的a*b*圖表例17-19各種衍射顏料片的顏色軌道和染色性。圖37的a*b*圖表示由例17和18中ZnS層的不同光學(xué)厚度而使背景顏色改變，當一部分吸收(Cr)顏色變化增加到鍍膜設(shè)計中(例19)。值得一提的是，衍射顏軌跡在例18和19中不同，這由于Cr層部分反射光束。由于Cr層被部分傳播，一些光在進入介質(zhì)/反射(ZnS/Cu)堆之前，將會被該層反射/衍射。
例20-22通過薄膜層基座沉淀到釋放層得到的一種彩色衍射顏料，該釋放層位于一1400條/毫米衍射光柵聚合網(wǎng)基座下面。用于形成衍射顏料的鍍膜設(shè)計如下8nm Cr/4QWOT ZnS@500nm/Al/4QWOT ZnS@500nm/8nm Cr(Ex.20)；8nm Cr/4QWOT MgF2@530nm/Al/4QWOT MgF2@530nm/8nm Cr(Ex.21).
作為比較一個非衍射變色顏料通過將薄膜層基座沉淀到釋放層來做成，該釋放層位于一1400條/毫米光滑聚合網(wǎng)基座下面。用于形成非衍射顏料的鍍膜設(shè)計如下8nm Cr/4QWOT MgF2@530nm/Al/4QWOT MgF2@530nm/8nm Cr(Ex.22).
例20中的顏料片演示一種輕微變色的綠色背景色和衍射光學(xué)效果，而例21中的顏料片演示一種變色的綠色/藍色背景色和衍射光學(xué)效果。例22中的顏料片一種變色的綠色/藍色背景色，但沒有衍射效果。
圖38-40的a*b*圖表分明別表示例20-22中顏料片的顏色軌道和染色性。用村上角度光譜儀對其進行測量。圖28-40聽的a*b*圖表示一個固定的樣品物體分別鍍上了例20-22中的顏料片成分而在(a*，b*坐標中)出現(xiàn)的顏色變化，和當入射角相對于樣物的法線從零度到70度時，固定觀察的角度(12到70度)。
顏料相應(yīng)的顏色變色表示在圖38-40的a*b*坐標中，作為一系列的線條和軌跡，這些可以用來幫助觀察在觀察鍍上顏料的曲形物時所觀察到的顏色變色。每一條軌跡表示觀察角度的常量角度值，一條連續(xù)的軌跡與在一系列照明角度測得的顏色值連接在一起，其中實際測量的值與線條上的標明的相一致。a*b*坐標中不同的標志表示觀察者在12，20，30，40，50，60，和70度下的特別軌跡。對于每個觀察者的位置，當照明源方向在10經(jīng)零到70的增量增加時，坐標顏色從完整顏料光譜反應(yīng)被計算。這樣，通過從每一條軌跡的終端的開始或結(jié)尾進行計算，每個標識的照明光源的角度值是可以決定的。這些角度在坐標中要么為0要么為70。這樣，關(guān)于平表面觀察者的所給觀察角度，對從法線到70度入射角的照明光源進行掃視，導(dǎo)致了相應(yīng)于軌跡的一種被觀察到的顏色。
為了對鍍上顏料的曲形物進行觀察，對于觀察者和照明角度的變化，一條線是不夠的。在a*b*坐標中的顏色空相對于所給的表面彎曲度，在觀察和照明條件下與增加的變化是相反的。這表明顏料的一種好處和它在涂料中的用處，這可以通過照明條件的范圍來突出物體的彎曲。顏色空間可以被標出或在第一條軌跡上的任何一點得到，軌跡上的運動表明相對于表面的法線照明彎度的一個變煞費苦心。鄰近軌跡是相對于觀察方向的變化，如當一固定觀察觀察物體上的彎曲度時會出現(xiàn)。
圖38的a*b*坐標中所示的軌跡偏顏色間隔區(qū)間關(guān)于例20的非衍射顏料的綠色背景顏色配比特點。這些軌跡也會形成向外突出的軌道，并且每個軌道的最高點接近于反射點。這些軌跡的分開預(yù)示著更大的顏色對比，尤其在反射的區(qū)間內(nèi)。例20的非變色顏料在散射光中有一種另人愉快的顏色，當強烈的照明光源如明亮的陽光出現(xiàn)時，也在彎曲區(qū)間提供了更高水平的對比。
關(guān)于非衍射變色綠/藍顏料(例22)，圖40中的a*b*坐標表示的軌跡形成了橢圓形的圖形，最高點在反射處，并以規(guī)則逆時針方式變化，另一最高點在原始區(qū)間。軌跡的規(guī)則變化表明了在更廣的照明和觀察條件下的強烈的顏色對比。
關(guān)于衍射變色綠/藍顏料(例21)，圖39中的a*b*坐標表示不是一個規(guī)則的或普通的形狀，也不是關(guān)于它們的方向或運動的格式。這些軌跡不規(guī)則的路線包括了一個重疊最少的更廣范圍的顏色區(qū)間，這將會提供一個更為強烈的顏色對比和沿著曲面的明顯的顏色。這樣，沿著鍍有衍射變色綠/藍顏料的曲面各區(qū)間會顯現(xiàn)出不同的顏色。
在衍射和干涉效果相結(jié)合的時候，著色區(qū)間將會不在關(guān)于點對稱，而會觀察者和照明的每一個位置下有一個獨特的顏色。通過將變色效果與衍射顏色相結(jié)合，物體的曲度和深度在獨特的顏色下會更為突出，這些獨特的顏色在散射和高度準直光線的條件下會不斷的變化。
只要沒有偏離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特點，本發(fā)明可能還包括其它的特別形式。這里描述的實施例只是用來說明本發(fā)明而不是用來限制本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍是通過下附的權(quán)利要求書來說明而不是上述的說明書。在本權(quán)利要求書含意和相當?shù)姆秶鷥?nèi)的任何改變都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種衍射箔片，包括反射層，及覆蓋反射層的電介質(zhì)層，其中箔片在其上具有衍射結(jié)構(gòu)，并且顯示一種背景顏色以及在背景顏色上的光學(xué)衍射效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射箔片，包括帶有衍射結(jié)構(gòu)的表面，反射層覆蓋該基座的該表面，及覆蓋電介質(zhì)層的吸收層，其中電介質(zhì)層在一個選定的設(shè)計波長有一個光學(xué)厚度，使得箔片在第一入射或觀察角顯示至少一種第一背景顏色，并且其中反射層，電介質(zhì)層和吸收層中的每個都有在其中復(fù)制的衍射結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射箔，包括基座，具有在其上帶有衍射結(jié)構(gòu)的表面，反射層覆蓋基座的表面，其中反射層和電介質(zhì)層的每個都有在其中復(fù)制的衍射結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射箔，其中衍射結(jié)構(gòu)是一個衍射光柵圖案或一種全息像圖案。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的衍射箔，其中衍射光柵圖案的光柵條數(shù)大于約每毫米1100條。
6.一種鍍膜的產(chǎn)品，包括具有一個或多個表面的物體，覆蓋該一個或多個表面的至少一部分的衍射鍍膜層，鍍膜層包括一個衍射構(gòu)造，包括一個顏料媒介；及在其上帶有衍射結(jié)構(gòu)并被散入顏料媒介中的多個顏料片，該顏料片有一個多層結(jié)構(gòu)，包括具有第一主表面和相對的第二主表面的反射層；第一電介質(zhì)層，覆蓋反射層的第一主表面；第二電介質(zhì)層，覆蓋反射層的第二主表面；覆蓋第一電介質(zhì)層的第一吸收層；及覆蓋第二電介質(zhì)層的第二吸收層；其中第一和第二介質(zhì)層在選定的設(shè)計波長有一個光學(xué)厚度，使得衍射片在一個第一入射或觀察角顯示至少第一種背景顏色。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍍膜物體，其中顏料片在第二入射或觀察角有與第一種背景顏色不同的第二種背景顏色。
8.根據(jù)權(quán)利要求61所述的鍍膜物體，還包括覆蓋衍射鍍膜層的透明頂部鍍膜層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍍膜物體，還包括部分覆蓋衍射鍍膜層的非衍射鍍膜層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍍膜物體，還包括位于衍射鍍膜層下面的非衍射鍍膜層。
全文摘要
本發(fā)明提供了具有衍射結(jié)構(gòu)的多層彩色衍射顏料片和箔。衍射顏料片可以有一個在反射中心層相對面的對稱鍍膜結(jié)構(gòu)，在反射層的一面的一個非對稱鍍膜結(jié)構(gòu)，或可以用包著反射中心層的一個或多個密封鍍膜做成。衍射顏料片可以被散入如涂料或墨水的液體媒介以生成用于各種物體的衍射混合物。箔片可以被層壓到各種物體上或在載體基座做成。衍射顏料片和箔片可以做成帶有各種衍射結(jié)構(gòu)以生成選定的光學(xué)效果。
文檔編號B44F1/08GK101059573SQ20071000626
公開日2007年10月24日 申請日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月5日
發(fā)明者艾爾伯特·阿格蒂亞, 羅杰·W·飛利浦斯, 邁克爾·R·諾菲, 保羅·G·庫伯斯, 查爾斯·T·馬堪蒂斯, 理查德·A·布拉德利 申請人:弗萊克斯產(chǎn)品公司