專利名稱：可定向衍射顏料片的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及帶有一個光學(xué)衍射結(jié)構(gòu)和衍射光學(xué)可變圖案器件(“DOVID”)，如可定向衍射顏料片和立體圖，活動圖，圖案定向器件，點定向器件，及像素定向器件，和定向的光學(xué)可變顏料片的顏料。光學(xué)可變顏料(“OVP’s”TM)已得到了廣泛的應(yīng)用。它們可以用于涂料或墨水中，或與塑料混合。這種涂料或墨水被用于裝飾用途或作為貨幣上的防偽措施。光學(xué)可變顏料的一種在一個基座上使用許多薄膜層以形成一個光學(xué)干涉結(jié)構(gòu)。通常，一層介質(zhì)(間隔)層經(jīng)常被做在一個反射層上，接著在間隔層上形成一層光學(xué)吸收材料。附加層可以用來增加附加效果，如附加額外的間隔-吸收層對。或者可以用由(高-低-高)n或(低-高-低)n的介質(zhì)材料或這兩種的混合材料做成的光學(xué)堆。另一種顏料采用一種圖形如一系列的凹槽，以生成一種衍射干涉結(jié)構(gòu)。衍射顏料已經(jīng)被用來在印刷的媒介上和涂料如汽車涂料中生成一種彩虹效果。還有其它產(chǎn)品采用衍射干涉以獲得所需的效果，這些產(chǎn)品就是通常所知的衍射光學(xué)可變圖案器件(“DOVID”)。一些衍射光學(xué)可變圖案器件提供各種取決于觀察角度的圖案。例如，衍射光學(xué)可變圖案器件的一些類型可以使一個印刷物體出現(xiàn)在另一個物體的前面，提供一個基于觀察角度的連續(xù)圖像，或者隨著觀察角度的改變使一個二維圖案中產(chǎn)生移動的外觀。其它衍射光學(xué)可變圖案器件可以有一個圖案出現(xiàn)在一個觀察角，而在另一個觀察角消失。衍射光學(xué)可變圖案器件被用在銀行紙幣，信用卡，軟件媒介，和其它高價值文件上的防偽和裝飾目的中。一種為大家所知的特別的衍射光學(xué)可變圖案器件是“像素圖”。一個像素圖是基于不同的線性衍射區(qū)域(像素)的非均勻空間分布。當被旋轉(zhuǎn)或傾斜時，會有不同的圖案出現(xiàn)或消失，使得像素圖很難被偽造，因為即使高質(zhì)量的彩色影印機也不能復(fù)制圖案的可變效果。用來在一個標準全息圖上獲得全息微型結(jié)構(gòu)的技術(shù)，如干涉測量法，全息術(shù)，化學(xué)蝕刻，離子束平版印刷和電子束平版印刷相對來說比較復(fù)雜和昂貴。準備好一個標準全息圖后，通常從標準全息圖生成一個復(fù)制工具。復(fù)制工具在一個聚合箔上壓出表面凹凸微結(jié)構(gòu)，然后在箔的背面鍍鋁。接著將箔貼在文件上。對每一個新的圖案都要做標準全息圖，或當標準全息圖被磨損后。這樣，有必要提供一種用于生成衍射光學(xué)可變圖案器件的更為簡單的物和技術(shù)。更有必要能夠在所需的方向定向顏料片以得到各種光學(xué)效果發(fā)明簡述帶有衍射光柵的顏料粒子被選擇性地定向以形成一個或多個圖像。不同的區(qū)域可以印刷不同的衍射顏料，或在預(yù)選方向已被定向的衍射顏料。類似地，圖像可以由不同的和/或不同定向的衍射顏料像素或點生成。本發(fā)明的一個實施例是一種印刷的像素圖，另一個是一個點衍射光學(xué)可變圖案器件，另一個是活動圖。在本發(fā)明的另一個實施例中，帶有一層磁性材料的顏料片的形狀使顏料片在涂到一個媒介之前，期間或之后在一個磁場中容易定向。在另一個實施例中，隨意形狀的顏料片包括一個成形的磁性結(jié)構(gòu)，使顏料片在一個磁場中更容易被定向。在另一個特定的實施例中，一層磁性材料以一個預(yù)選的厚度沉積在一個格層上(如衍射光柵格)以形成一個不連續(xù)磁性層，如磁針。在另一個實施例中，衍射顏料片被機械地定向，如在凹槽或成形的粒子上的劃刀片或用一個滾筒。
圖示簡述

圖1A-1D是根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的范例顏料片結(jié)構(gòu)的簡化橫截面圖。圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的成形顏料片的簡化平面圖。圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個成形磁性層的簡化平面圖。圖3B-3D是根據(jù)本發(fā)明的實施例的顏料片的簡化橫截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個圖案的簡化平面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個衍射光學(xué)可變圖案器件的一部分的簡化示意圖。圖6A-6D是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖案的簡化示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個活動圖案的簡化示意圖。圖8A-8C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的簡化流程圖。圖9A-9E是根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的定向衍射顏料片的顏色掃描圖。
本發(fā)明的詳細描述I.前言在一個實施例中，本發(fā)明提供可機械定向的衍射顏料片。在一個特定的實施例中，可機械定向的衍射顏料片被用來印刷圖案，包括衍射光學(xué)可變圖案器件。衍射顏料片通常是用在涂料，墨水，薄膜，塑料中的小粒子，這些粒子提供取決于觀察角度的可變的可見顏色，亮度，色調(diào)和/或色度。一些衍射顏料，如那些包括法布里-伯樂(Fabry-Perot)型干涉結(jié)構(gòu)，改變可觀察到的顏色，并提供衍射效果。用介質(zhì)層的薄膜干涉結(jié)構(gòu)也可以與一個微型結(jié)構(gòu)衍射格結(jié)合。一些實施例包括一層與一個間隔層和一個吸收層結(jié)合的衍射反射層，以形成一個既有衍射又有薄膜干涉的顏料片。帶有衍射光柵的顏料將光束分成空間成分，類似于一個棱鏡，以使可見的顏色隨著觀察角度而改變。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果顏料片包括一個磁性材料，它可以用磁場來定向。在該應(yīng)用中，“磁”性材料可以是含鐵或鐵磁性材料。鎳，鈷，鐵，釓，鋱，鏑，鉺以及它們的合金和氧化物，鐵/硅，鐵/鎳，鐵/鈷，鐵/鎳/鉬，鈷化釤(SmCo5)，鈷化釹(NdCo5)，鈷化二釤(Sm2Co17)，硼鐵釹(Nd2Fe14B)，鐵化鋱(TbFe2)，四氧化三鐵(Fe3O4)，氧化鐵鎳(NiFe2O4)，和氧化鐵鈷(CoFe2O4)，都是磁性材料的例子。但磁性層或磁性層的磁性材料沒有必要是永久磁化的，雖然永久磁化的也可以用。在一些實施例中，能永久磁化的的磁性材料包括在一個顏料片中，但在用它形成一個圖案之前仍保持非磁性。在另一個實施例中，帶有永久磁鐵材料的顏料片涂在一個基座上以形成一個可見的圖案，接著被磁化以形成除了可視圖案以外的一個磁性圖案。如果在形成圖案或與涂料或墨水介質(zhì)混合在一起之前剩余的磁性太強，一些磁性顏料很容易聚在一起。
II.顏料結(jié)構(gòu)范例圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個鍍膜顏料片10的簡化模截面圖。一系列的薄膜層被沉積在一個基座12上。薄膜層包括例如一層磁性材料14，14’，一層反射材料16，16’，和附加層18，18’。如附加層可以是帶有提供一個特定的干涉波長的厚度的介質(zhì)材料間隔層18，18’和一個吸收層19，19’。雖然所示的鍍膜顏料片在基座12的兩面上有一個對稱的鍍膜層，鍍膜層可以是非對稱的，甚至在一面上沒有鍍膜層也可以。同樣地，顏料片可以由連續(xù)鍍膜層密封?，F(xiàn)知有許多光學(xué)設(shè)計能得到各種變色，選擇性吸收/反射，及其它光學(xué)效果。在另一個實施例中，基座12是一種磁性材料，磁性材料的分離層14則省略。在另一個實施例中，基座既反射又有磁性，反射層16也可以被省略。在另一個實施例中，反射層是一種磁性材料，磁性材料的分離層被省略。在另一個實施例中，吸收層也可以是一個磁性層。合適的基座可以由以下材料做成，如玻璃，云母，氧化鋁，氧化鐵，石墨，氯氧化鉍，氮化硼，聚合物或金屬或類似的粒子。合適的反射材料例包括鋁，銀，鐵，鉭，銥，錸，銅，銀，金，鉑，鈀，鎳，鈷，鈮，鉻，錫，和它們的混合物或合金。合適的間隔層材料包括硫化鋅(ZnS)，氧化鋅(ZnO)，氧化鋯(ZrO2)，二氧化鈦(TiO2)，金剛碳，氧化銦(In2O3)，氧化錫銦(“ITO”)，五氧化鉭(Ta2O5)，氧化鈰(CeO2)，氧化釔(Y2O3)，氧化銪(Eu2O3)，氧化鐵如四氧化三鐵(Fe3O4)和三氧化二鐵(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(Si)，氧化硅(SiO)，鍺(Ge)，三氧化硒(Se2O3)，氧化錫(SnO2)，三氧化鎢(WO3)，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(如.，Na3AlF6或Na5Al3F14)，氟化釹(NdF3)，氟化釤(SmF3)，氟化鋇(BaF2)，氟化鈣(CaF2)，氟化鋰(LiF)，和它們的混合物，和有機單體及聚合物包括二烯或烯烴如丙烯酸鹽(如，異丁烯酸鹽)，全氟化合物，聚四氟乙烯(如，TEFLON)，氟化乙烯丙烯(“FEP”)，它們的混合物，等等。合適的吸收材料例包括鉻，鎳，鐵，鈦，鋁，鎢，鉬，鈮，這些的混合物，化合物或合金，如INCONELTM(鎳--鉻--鐵)，混合于介質(zhì)矩陣中的金屬，或其它在可見光譜中能夠起到均勻或選擇性吸收作用的物質(zhì)。或者，吸收物也可以是介質(zhì)材料如一種氧化鐵(如.，三氧化二鐵)，一氧化硅(SiO)，氧化鉻(Cr2O3)，碳，幾氧化鈦(TiOx)，其中X小于2.0，碳化金屬，氮碳化金屬，它們的混合物等等。金屬吸收層通常沉積成一個足夠薄的層，以使足夠的光傳播經(jīng)過吸收層。在一個特定的實施例中，基座是一個玻璃片，磁性材料是鎳-鈷，反射層是鋁。附加層18包括一種介質(zhì)材料，如二氧化硅或二氧化鈦，吸收材料是一種半透明的金屬或金屬化合物如氮化鈦(TiN)。這些材料只是可能實施例中的一些舉例，還有許多其它合適的材料幾混合物為大家所知。反射層16和后面的薄膜層18形成一個法布里-伯樂干涉過濾器，當顏料片的觀察角度的變化時，它可以提供一種強烈的變色效果，也叫作“光行程”。如果散入一種粘合劑中，如透明涂料，塑料或其它媒介中，綜合效果將是物體的顏色隨著觀察角的變化而變化，它可以來自物體和觀察者之間的相對運動，或物體含有一個彎曲表面。其它實施例可以省略反射層，或可以沒有一個法布里-伯樂干涉結(jié)構(gòu)，一些會有一種產(chǎn)生銀色。圖1B是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個衍射顏料片20的簡化橫截面圖。反射層22，22’已以一定的周期結(jié)構(gòu)被格化，如浮雕，這在橫截面圖中表現(xiàn)為在基座表面的正弦變動，并包括一個磁性層24。在另一個實施例中，反射層是一個浮雕的反射磁性材料，分離磁性層24被省去。所示磁性層沒有浮雕，但在其它實施例中可以被浮雕。在另一個實施例中，磁性層是不連續(xù)的，并沿著衍射光柵結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在另一個實施例中，只在顏料片的一邊有浮雕層。在一個特定的實施例中，一個基座如聚對苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)片或膜鍍有一個浮雕層，該層被浮雕以生成衍射光柵格。浮雕層可以是一層聚合層，該聚合層在浮雕之前或之后，如在至少一個帶圖案的滾筒間滾，被橫向連接。在一個實施例中，一卷浮雕的薄膜鍍有一個連續(xù)或非連續(xù)的磁性層，接著鍍反射層如鋁層。在一個代用實施例中，磁性層是一種反射材料，就可以不要另外一層分離的反射層。鍍膜并浮雕的薄膜接著被做成顏料片，如用激光切割。在一些實施例中，可以省去磁性層。這種顏料片可以采用適當?shù)募夹g(shù)涂在一個基座上并在一個所需的方向定向來做成衍射光學(xué)可變圖案器件。浮雕格通常被叫作一個“衍射光柵”。線條的密度通常在約500條/毫米到約5000條/毫米之間，通常為約20納米到約300納米深?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)帶有一個鋁反射層的約1400-2000條/毫米的線密度在涂料壓延(draw-down)樣品中提供好的顏色特性。舉幾個例子，線(槽)可以是直線，三角對稱光柵，三角炫耀光柵，方波光柵或交叉光柵。顏料片的橫截面通常約為20到50微米，雖然顏料片可以更小或更大，但顏料片的總厚度很薄。在一些實施例中，顏料片的總厚度大約在約500納米到約2微米之間，但也可以更薄或更厚。在一些特定的實施例中，帶有一層或多層硬化層的顏料片可以更厚些。硬化層通常由介質(zhì)材料做成，這些材料被添加到顏料片結(jié)構(gòu)中以改善操作特性。圖示的衍射光柵格被復(fù)制在一個透明層26，26’的外表面上，但在其他實施例中并不需要這么做。透明層可以是一個無機材料，如二氧化硅，或一個聚合物。在一些實施例中，透明層會增加鍍膜結(jié)構(gòu)的硬度，使其他工序更容易進行，如磨碎及大小分類，和將顏料片用于一個物體上。透明層也可以保護反射層以防止它由于環(huán)境因素而降低反射率。在另一些實施例中，透明層被省略。在一些實施例中，帶有衍射光柵格的顏料片被放在一個載體中，并提供某種程度的環(huán)境保護作用。在另外一些實施例中，透明層的材料經(jīng)過選擇使它的折射率與載體或粘接劑的折射率相近。圖1C是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個衍射顏料片21一部分的簡化橫截面圖。一個浮雕層23置于一個基座，如PET顏料片或薄膜25上。一個不連續(xù)磁性材料層沉積在衍射光柵格27上以形成磁針29，29’(從觀察者伸向紙張的方向)。磁針可以做在光柵格的頂部，側(cè)邊，或波谷(底部)，這取決于光柵和沉積參數(shù)。一層透明頂層33置于磁針和浮雕層的上面，如一層熱硬化或熱塑性聚合物層，它在某一時間上是液體并形成平表面。所示的頂層相對平坦，但可以仿效浮雕層的格圖案。在另一個實施例中，頂層可以是一層反射材料，或一層反射材料可以包括在浮雕層和頂層之間，通常上覆磁針。如果浮雕層做在一個薄膜基座上，可以采用激光切割或其它技術(shù)將薄膜做成顏料片。比較理想的是顏料片有一個合適的表面縱橫比以提高顏料片與它們所在表面的定向性(既變平或“懸浮”)，如在一個涂料媒介或墨水媒介中。一個顏料片例子可以是100微米×100微米或50微米×50微米，厚度約為10到15微米。圖1D是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個衍射顏料片30的一部分的簡化橫截面圖。在反射層32，32’中的衍射光柵格從一個沉積基座中被復(fù)制。例如，一個聚合膜可以用一個光柵格來浮雕。第一透明層34’沉積在浮雕膜上(通常在一個釋放層上，由于該釋放層在將顏料片從沉積基座上分開時被取走，因此，沒有圖示)，接著是第一反射層32’。沉積一層磁性材料31，接著是另一層反射層32，及另一層透明層34。鍍膜層接著從浮雕的沉積基座上分離出來，并被做成所需的衍射片。此技術(shù)可以用于一個卷筒鍍膜系統(tǒng)中?；蛘?，衍射光柵格可以浮雕在一個顏料片基座上，如磁性顏料片基座，接著反射層和其他各層沉積在顏料片基座上。類似地，一個單一反射層可以與形成在透明層或反射層的一面或多面的磁針一起來用，可以省去磁性層。只要顏料片的形狀合適，根據(jù)圖1A-1D所示的實施例的顏料片可以在顏料片的平面內(nèi)磁性定向。通常，如果顏料片的一個表面的大小比另一個表面更長，該顏料片相對來說比較平，并且最小橫向尺寸與厚度的縱橫比是至少2∶1，更經(jīng)常是大于約100∶1，那么顏料片在磁場中將會自我定向以使磁場能量達到最小。
III.顏料片形狀例圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個磁性顏料片40的簡化府視圖。磁性片是一個包括一種磁性材料的顏料片。磁性材料在顏料片的平面上可以是基本上均勻的，如一個平面紙張或與帶有衍射光柵的一層，或者磁性材料也可以帶圖案，如“條”狀，如下文中圖3A和3B中將要討論的。雖然帶有條狀磁性材料的實施例并不要求顏料片有什么特別的形狀來磁性定向顏料片，但是，如果使顏料片的一條長軸平行于磁性條當然更好。顏料片可以按某種形狀來做成，或可以是顏料片或基座制作工序的產(chǎn)物形狀，并且可以被分類以改善具有合適形狀的顏料片的百分率。雖然高百分比的磁性可定向顏料片一般更為理想，但沒有必要所有的顏料片都可磁性定向來獲得合適的效果。磁性顏料片40有一個長邊42和一個短邊44。帶有合適的長度與厚度縱橫比并在合適載體中的顏料片趨向于平躺在所涂表面上。長度(長邊)與與寬度(短邊)之間的縱橫比使得在顏料片平面中可以磁性定向。載體通常在某一期間是液態(tài)的以在載體蒸發(fā)或硬化之前可以讓顏料片有一些運動?；蛘?，顏料片在放置到表面上之前可以定向好，載體可以被立即烘干或固化。例如，墨水可以有一種通過蒸發(fā)來固定顏料片的易揮發(fā)載體，或一個透明的涂料載體，如一個透明的涂料基體，可以通過硬化來固定顏料片。類似地，未固化的熱固樹膠或加熱的熱塑樹脂可以使顏料片分別在涂于表面之前，期間，之后時，固化或冷卻前被定向好。帶有磁性材料并在一個磁場中的顏料片會扭曲磁場線。當顏料片的極點指向磁場方向時顏料片處于最穩(wěn)定的狀態(tài)。顏料片通常會旋轉(zhuǎn)直到它的位置定向到可以減少系統(tǒng)的能量為止。顏料片經(jīng)歷的轉(zhuǎn)矩取決于許多因素，如磁流量級數(shù)，顏料片的磁性結(jié)構(gòu)以及顏料片的大小(杠桿臂)。如果施加一個如箭頭46所示的磁場，成形的顏料片40將會自我定向，以使最長的尺寸幾乎與磁場線平行。長邊相對于短邊的長度并不受限制。通常，顏料片表面的縱橫比越大，沿著所加磁場定向的趨向越大。但沒有必要所有的顏料片都沿著磁場定向以生成一個合適的光學(xué)效果。通常，一些顏料片并沒有完全沿著衍射格，或在基座的平面內(nèi)定向好。圖2B是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個磁性顏料片50的簡化府視圖。顏料片為菱形，通常被叫做“鉆石”形。顏料片有一個有更尖的頂52，52’的長軸，和一個有更平的頂54，54’的短軸。在用箭頭46表示的磁場中，如圖2A中所討論的，顏料片傾向于定向，使長軸幾乎與磁場平行。許多其它形狀也可以生成會在一個磁場中定向的磁性顏料片。圖2A和2B中所示的形狀更為理想，因為它們可以被用在幾乎所有的鍍膜表面上。成形的顏料片可以根據(jù)各種技術(shù)來做成。其中的一種是在一個卷筒鍍膜機中格化沉積基座以在所需的粒子形狀中獲得表面特性，如相對深的槽或相對高的脊，而使薄膜層更容易地以所需的形狀從沉積基座上取下，或在隨后的磨碎，或切割操作中。或者，基座，如一卷PET薄膜，在將薄膜層(片)從基座上分離之前可以用激光切割。一個附加硬化層接著可以被加到薄膜堆上，(帶有附加硬化層的)薄膜堆被從切割的基座上分離。在另一個實施例中，薄膜堆被切割，不切PET基座。這些技術(shù)可以用來獲得所需大小的顏料片，而不需磨碎，在一個特定大小的范圍內(nèi)也提供顏料片的更高合格率。磁性顏料片可以在一個或兩個主要表面上包括一個法布里-伯樂干涉結(jié)構(gòu)和/或一個衍射光柵。衍射光柵可以被定向，使槽沿著磁場定向，或槽可以與定向軸有另一個角度。
IV.帶圖案的磁性層圖3A是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個磁性顏料片的簡化府視圖。所示顏料片有一個任意的，不規(guī)則的形狀，但也可以是經(jīng)過選擇的形狀。磁性材料條62已被沉積，并會沿著磁場46定向。例如，磁性材料條可以通過一個障板來沉積。例如，磁性材料條可以在一個卷筒鍍膜機中沉積在一個沉積基座上，或在顏料片的表面上，或作為顏料片的一層中間層。這些條相對來說比較薄以避免過度地影響顏料片的光學(xué)特性。圖3B是在一個浮雕基座72上的一個鍍膜堆70的一部分的簡化透視圖，圖中的橫截面有一條邊。鍍膜堆的一個第一透明層74沉積在浮雕基座上。接著沉積一個反射層76，然后是一個第二透明層78。浮雕在沉積基座上的衍射光柵格保留在所有層中。磁“針”80形成于衍射光柵結(jié)構(gòu)的高點處。其它磁針(沒有圖示)可以類似地形成于脊的“谷”之間，或在一些實施例中只是在脊上?？梢哉J為由于在沉積過程中的核化動力或“陰影”效果，磁性材料偏向于沉積在脊上和/或谷中。槽底與槽頂之間的蒸汽密度差，光柵側(cè)壁的坡度都會影響磁性材料如何在衍射光柵上沉積。換句話說，這種磁針的形成可能不止一個因素。或者，一個鍍膜堆可以包括在一個硬化層一邊上的兩層反射層，如一個氟化鎂(MgF2)層。反射層可以是不透明的鋁層。雖然氟化鎂是一種幾乎透明的材料，對于反射層之間的材料來說透明度并不是主要的。磁性層可以沉積在第二鋁層上以形成磁針，或沉積在其它地方。在一個實施例中，采用電子束蒸發(fā)的方法將一個50納米厚的鎳層沉積在第二透明層上做成磁針。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，一個200納米厚的鎳層沒有形成磁針，但可以用來做成根據(jù)本發(fā)明的磁性顏料片，如果顏料片本身是已經(jīng)成形的?？梢韵嘈鸥〉逆噷又辽偈谴判苑沁B續(xù)的，并形成與衍射光柵格定向的磁針。一些磁針可以至少部分地與磁性材料的薄層部分相接，但很薄部分可能形成不了強的磁區(qū)，因此，該層是磁性非連續(xù)的。在一些例子中，磁性膜(層)可能有不同的厚度。在衍射光柵的方向提供了一個更強的磁矩，使粒子在磁場中更容易定向。還可以相信比50納米更薄的鎳層可以形成與一些衍射光柵格定向的不連續(xù)磁性層，厚度在50納米與200納米之間的磁性層在一些情況下可以形成磁針。一個帶槽的衍射光柵也可以使顏料片更容易做成所需的形狀。在一些實施例中，薄膜堆很容易沿著衍射光柵的槽裂開。這會使顏料片在槽的方向有一個更長的尺寸，在垂直于槽方向有一個更短的尺寸。這種縱橫比可以讓最終的顏料片更容易磁性或液體定向以形成一種圖案。在與一個墨水或涂料媒介混合之前或涂在基座上以形成一種圖案之前通常最好避免使顏料片永久磁化，由于這些顏料片很容易聚在一起。足夠薄的磁性材料層可以充分避免顏料片的永久磁化。如果顏料片中只有很少的磁性材料，在應(yīng)用期間就要求有一個更強的磁場來定向顏料片，或加更長時間的磁場，在這種情況下保留液態(tài)時間更長的載體更合適。圖3C是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個磁性衍射顏料片71的簡化橫截面圖。顏料片通過在一個浮雕基座，如PET薄膜上沉積薄膜層，并將薄膜層從沉積基座上分離做成，接著磨碎顏料片并根據(jù)所需的大小進行分類。顏料片包括一個第一氟化鎂層73，一個第一鋁反射層75，形成一個磁性非連續(xù)的50納米厚的鎳層77，鎳層在圖中以光柵最高點處的針來表示，一個第二鋁層79和一個第二氟化鎂81。圖3D是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個變色衍射顏料片83的簡化橫截面圖。顏料片是一個對稱結(jié)構(gòu)，帶有一層吸收層84，一層間隔層85，一層反射層86，一層磁性層87，該層在一些實施例中，厚度經(jīng)過選擇，以衍射光柵上形成一個磁性非連續(xù)層，即磁針，和另一層反射層86’，間隔層85’，及吸收層84’。衍射光柵可以浮雕到一個卷筒鍍膜基座，如帶有一個浮雕層的PET膜上。各層的順序只是范例，也可以做成不對稱或非對稱顏料片。一個綠-藍變色衍射顏料片通過沉積一個8納米厚的第一鉻吸收層，一個在530納米處為四分之一波長光學(xué)厚度的第一氟化鎂間隔層，一個80納米厚的第一鋁反射層，一個50納米厚的鎳磁性層，一個與第一反射層幾乎相同的第二反射層，一個與第一間隔層幾乎相同的第二間隔層，及一個與第一吸收層幾乎相同的第二吸收層做成。各層在一個卷筒鍍膜機中沉積在一個浮雕薄膜(網(wǎng))上，并從網(wǎng)上分離，做成顏料片。一個金色到銀色的變色衍射片通過沉積一個8納米厚的第一鉻吸收層，一個在605納米處為兩個四分之一波長光學(xué)厚度的第一氟化鎂間隔層，一個80納米厚的第一鋁反射層，一個50納米厚的鎳磁性層，一個與第一反射層幾乎相同的第二反射層，一個與第一間隔層幾乎相同的第二間隔層，及一個與第一吸收層幾乎相同的第二吸收層做成。各層在一個卷筒鍍膜機中沉積在一個浮雕薄膜(網(wǎng))上，并從網(wǎng)上分離，做成顏料片。一個銀色顏料片通過沉積一個在530納米處為四個四分之一波長光學(xué)厚度的第一氟化鎂層，一個50納米厚的鎳磁性層，及另一個在530納米處為四個四分之一波長光學(xué)厚度的第一氟化鎂層做成。相信通過用高折射率與低折射率介質(zhì)材料的交替層和一個磁性氧化物如四氧化三鐵可以獲得淡色(透明的)二向色或變色衍射顏料片。可以通過在一個帶圖案的(如浮雕的)基座上沉積各層將一個衍射光柵格印到顏料片上，接著將顏料片從基座上分離出來。一個標稱五層設(shè)計例可以是一個HLHLH堆，其中H代表帶有預(yù)選擇的光學(xué)厚度的高折射率的材料層，L代表帶有預(yù)選擇的光學(xué)厚度的低折射率的材料層。一個磁性材料層可以沉積在堆中任何位置，如中間的H層。其它設(shè)計，如7層或9層設(shè)計也許更理想。同樣地，LHLHL的結(jié)構(gòu)也是可以的，包括7層和9層設(shè)計，及其他有更多或更少層的設(shè)計。
V.可印圖案根據(jù)本發(fā)明的實施例的帶有衍射光柵的磁性顏粒子可以用來生成許多效果，如衍射光學(xué)可變圖案器件或偏振片。通常，當一個衍射光柵被照明，從與光柵槽基本垂直的方向觀察的一個觀察者將看到衍射光束，而沿著光柵槽方向看的觀察者則看不到衍射光束。這樣，像素的外觀就會隨觀察角度的旋轉(zhuǎn)而變化。外觀的不同可以包括色移和亮度。最好定向衍射顏料片以獲得一個更強的衍射效果，或生成圖案如像素圖，點圖或活動圖。例如，如果更多的顏料片在同一平面中，通常指基座的平面，一般會獲得更明顯的光學(xué)效果。通過選擇衍射光柵的方向，或通過用帶有不同間隔的衍射光柵可以獲得各種效果。例如，器件的一個區(qū)域可以是帶有1400條/毫米間隔線性光柵的顏料片，而另一區(qū)域可以是帶有2000條/毫米間隔線性光柵的顏料片。一個區(qū)域可能看起來是綠色的，另一區(qū)域看起來是紅色的。隨著觀察角度的變化，觀察者在不同區(qū)域所觀察的光學(xué)效果也不同。圖4是用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的衍射顏料片印刷的一個圖案90的簡化府視圖。所示圖案有一個任意周長和三個區(qū)域，每個區(qū)域用該區(qū)域中的衍射顏料片的光柵格來表示。第一區(qū)域92用含有帶有相對密的衍射光柵槽的第一種衍射顏料的墨水來印刷。在一個例子中，第一區(qū)域中的衍射顏料片沒有被定向。第二區(qū)域94用含有帶有相對稀的衍射光柵槽的第二種衍射顏料的墨水來印刷。在這個例子中，衍射顏料片并不需要被定向，但有不同的光柵格，用在第二區(qū)域間更寬的間隔來表示。第三區(qū)域96用含有帶有如交叉光柵的衍射顏料片墨水印刷。此第三區(qū)域只用來說明不同區(qū)域中的顏料片可以有不同的間隔，或不同的格樣，只需兩個區(qū)域來做一個圖案。在另一些例子中，一個或多個區(qū)域中的衍射顏料片可以按預(yù)選的方向定向。例如，在第一區(qū)域92中的顏料片可以定向，以使衍射光柵或多或少沿著區(qū)域的線條定向。在第二區(qū)域94中的顏料片可以以不同的方向定向或隨意取向。實際上，它們可以是與用來印刷第一區(qū)域的顏料片相同。當在一個合適角度的光下觀察，或當印刷的媒介被旋轉(zhuǎn)時，圖案就會出現(xiàn)。如果第一區(qū)域92和第二區(qū)域94用類似的顏料片印刷，一個區(qū)域磁性定向，另一個沒有定向或在不同的角度定向，在一些觀察條件下，沒有圖案出現(xiàn)，圖案看起來是一個均一的區(qū)域，如銀或淺灰色區(qū)域。隨著圖案，光源，和/或觀察角度的變化，圖案就會出現(xiàn)。也可以用衍射顏料技術(shù)生成其它類型的圖案。許多圖案由許多的圖案包(“像素”)或點組成。圖案可以是簡單圖案，或者是全息圖案。一些衍射光學(xué)可變圖案器件看上去可以是一個物體的三維圖案，其它衍射光學(xué)可變圖案器件會隨著觀察角度的變化而改變圖案，或會使圖案有動感。圖5是用磁性定向衍射顏料片印刷的一個圖案100的一部分簡化府視圖。圖案部分由九個像素平排成格狀形成。這種結(jié)構(gòu)只是一個示例，像素并不必是四方形的，或相同的形狀或大小。其它實施例可以用點來代替像素形成一個圖案(或多個圖案)。在許多應(yīng)用中，像素至少是矩形并有相同的大小。在一些應(yīng)用中，像素之間并不相鄰，一個窄的未印刷的區(qū)域“通道”將像素隔開。像素102中的一些也可以是沒印刷的。其它像素104可以用單純的墨水，黑色或彩色墨水印刷。類似地，像素可以用帶有非磁性衍射顏料，或帶有任意定向的磁性衍射顏料片的墨水印刷。其它所示的像素用包括在一個預(yù)選的方向定向的磁性衍射顏料片的墨水印刷。在一個像素內(nèi)的磁性衍射顏料片通過在涂墨水之前，期間，和/或之后提供一個磁場來定向。為了討論和圖示的方便，圖示的像素有許多任意形狀的粒子。在另一個實施例中，像素可以含有預(yù)選形狀的磁性衍射片。術(shù)語“定向”表示在定向的顏料片上的衍射光柵被很好地排齊以生成一種聚集的與來自類似但任意排列的顏料片的效果完全不同的效果?！岸ㄏ颉敝傅氖穷伭掀拇蟛糠值呐帕惺顾鼈兊牟巯嗷テ叫谢驇缀跗叫?。在另一個實施例中，衍射顏料片在任何像素中都不定向，但在不同像素內(nèi)的衍射光柵格不同，幾個不同的衍射光柵可以用在幾個像素中的每一個。在另一個實施例中，使用不同的衍射光柵格，并且顏料片的一個或多個按一個預(yù)選的形式定向。顏料片上的衍射格用在圖中經(jīng)過水平或垂直方向的平行線106，108來表示。光柵并不需要與一個像素邊緣排齊，并且一個圖案可以包括幾套不同的定向的像素和/或點。每個區(qū)域的光柵(像素)在一個特定的普通定向的白光下可以將光束衍射到一個預(yù)定的方向，該白光用空心箭頭110表示。光束被衍射到與主光柵方向垂直的方向，也就說，光束從垂直定向的像素光柵水平地被衍射，及從水平定向的像素光柵垂直地被衍射。通常，帶有“水平”線條的顏料片有一個聚集的效果，使由空心箭頭107所示的觀察方向提供來自那些像素的衍射光束，同樣地，對于垂直定向的衍射光柵，將從空心箭頭109所示的方向衍射光束。要看到由垂直定向的像素108生成的圖案，入射光束要來自箭頭110’的方向，并從空心箭頭109的方向觀察。在其他實施例中，一套像素可以包括帶交叉衍射光柵的顏料片。沒有必要每個圖案都包括相同數(shù)量的像素類型，帶有相同衍射光柵定向的像素可以相互連接。可以理解，在一個像素中并不是所有的顏料片都需要準確地相互排齊。不同的線性光柵頻率和/或槽的定向，也就是說，不同的像素定向方向或光柵周期，可以用于每一種“類型”。在一些實施例中，像素可以包含在不同像素中帶有不同衍射光柵的任意定向的衍射顏料片以形成圖案。不同的圖案可以用不同像素類型來構(gòu)成。這樣隨著觀察角度的變化或旋轉(zhuǎn)印刷的物體，可以在用一套像素獲得的每個圖案中生成動畫效果。同樣地，通過合適的不同像素類型的分布可以在一個印刷區(qū)域中生成一個以上的圖案。顏料片和像素的相對大小并沒按比例畫出。通常，像素在約50微米到約1000微米的范圍內(nèi)，而衍射顏料片通常是約5微米到約50微米。圖6A-6D顯示當用磁性定向的衍射顏料片印刷一個光學(xué)可變圖案時，不同的圖案是如何出現(xiàn)的。圖6A是一個印刷的衍射光學(xué)可變圖案器件120的簡化府視圖。三個字母，“A”122，“B”124，和“C”126被重疊地印刷在一起。為了簡化圖示，在本圖中只能看到字母的輪廓。實際的衍射光學(xué)可變圖案器件可以被嵌入一個非衍射或任意衍射的區(qū)域內(nèi)。例如，背景，即圖6A中的空白紙張，可以用與字母相同的墨水印刷，但沒有被磁性定向，或用非衍射墨水印刷，或不印刷任何東西。每個字母的圖案由幾個像素構(gòu)成。構(gòu)成一個單個字母的一套像素包括帶有在一個特定方向定向的衍射顏料片的像素。當一個觀察者從與構(gòu)成圖案的衍射顏料片的衍射光柵垂直的方向來看衍射光學(xué)可變圖案器件時，就可以看到那個圖案。例如，當觀察者的觀察角度變化時，他則會看到不同的圖案。如果用一個帶有一個薄膜干涉結(jié)構(gòu)的衍射顏料印刷一個或多個字母，傾斜圖案就會在衍射色移的同時提供一個變色特性。在圖案相互重疊的區(qū)域中，各種圖案的像素相互交叉，也就是說，構(gòu)成字母“A”的衍射像素與構(gòu)成字母“B”和“C”的衍射像素散布在一起。在重疊區(qū)不需要每個圖案都有相似數(shù)量的像素，一些像素可以是沒有被印刷的，用非衍射墨水印刷的，或用任意定向的衍射顏料片印刷的，以調(diào)整圖案的密度或其它特性。在復(fù)印機上復(fù)印衍射光學(xué)可變圖案器件將不會保留圖案的光學(xué)可變效果。一個或多個字母可能會出現(xiàn)，但圖案不會隨旋轉(zhuǎn)而變化。這樣，印刷的衍射光學(xué)可變圖案器件可以起到文件或其它物體上的安全或保真的特征。可以通過用帶有大于3000條/毫米的光柵間隔的衍射顏料片提供隱藏的安全性，它用肉眼是看不到的，但可以用紫外相機或探測器探測到。圖6B是從箭頭128所示的方向觀察圖6A的衍射光學(xué)可變圖案器件的平面圖。其它字母用虛線表示從這個方向不顯著，因為定向好的含有這些字母的像素的衍射顏料片從該觀察方向不衍射光。圖6C是從箭頭130所示的方向觀察圖6A的衍射光學(xué)可變圖案器件的平面圖，圖6D是從箭頭132所示的方向觀察圖6A的衍射光學(xué)可變圖案器件的平面圖。圖6B-6D中穿過字母的線條表示構(gòu)成圖案的像素中定向好的衍射顏料片的聚集有效衍射光柵格。圖7是一個活動圖案的簡化表示，顯示當旋轉(zhuǎn)紙張時，圖案是如何在紙張內(nèi)移動的。圖案的一個第一版本142用在一個第一方向定向的衍射顏料片印刷，垂直線144表示顏料片上的衍射槽的主方向。圖案的一個第二版本146用由線條148表示的一個非垂直角度的衍射槽印刷，及圖案的一個第三版本150用線條152表示的幾乎水平的衍射槽印刷。照明源由空心箭頭154表示，觀察的初始方向由箭頭156表示。當按照曲線箭頭158所示的方向旋轉(zhuǎn)衍射光學(xué)可變圖案器件時，圖案會以箭頭160所示的方向移動。圖案的所有三個版本可以印刷到帶有任意定向的衍射顏料片的類似墨水的背景上，使在正確的條件下觀察以外，圖案并明顯?？梢杂醚苌浯判灶伭掀@得其它效果。在一個實施例中，一個環(huán)形磁鐵放在一個卡片的背后。用一個醫(yī)用刀片(也就是一個又薄又窄的不銹鋼壓舌刀)將在一個透明粘合劑中的衍射磁性顏料刮到與磁鐵相反的一面上。所產(chǎn)生的圖案提供一個真實的三維“魚眼”的感覺?？梢韵嘈叛苌浯判灶伭掀ㄟ^沿著磁場線的傾斜和旋轉(zhuǎn)被定向。在另一個實施例里，顏料作為一個噴涂來用。
VI.使用與定向方法磁性顏料片可以用很多種方法來定向。在將顏料用在一個媒介之前，期間，或之后，可以用一個磁場來定向顏料片，或一個磁場可以用于工序的幾個環(huán)節(jié)，或整個工序。例如，在用一個印刷，染色，粉狀鍍膜，或涂漆器件來施加顏料片之前，可以用一個磁場來定向或預(yù)定向顏料片，而且，也可以在顏料片被施加在一個媒介上之后再加磁場。同樣地，可以磁化涂附器件如噴頭，滾筒或屏幕，以在將顏料片施加在媒介上時將其定向。合適的媒介例包括紙張，塑料，金屬，木頭，皮革或織物。印刷技術(shù)例包括照相凹版，沖壓，凹雕，快速印刷，絲印，噴射和平版印刷，可以將印刷技術(shù)結(jié)合在一起生成圖案。衍射顏料也可以在塑料粒子或薄膜的擠壓或注成型模塑期間定向，要么用一個磁場或利用液體易沿著流動的方向定向衍射光柵的傾向。如果使用一個采用轉(zhuǎn)寫滾筒的印刷技術(shù)，可以在顏料片被滾筒卷起之前，磁化墨源(裝墨容器)以定向顏料片。當顏料片被轉(zhuǎn)寫到指定的媒介時，基本上保留原有定向。同樣地，在絲網(wǎng)印刷技術(shù)中，可以在屏幕或屏幕元件中加一個磁場以定向顏料片，或在墨水或涂料涂到屏幕上時，通過磁化橡膠滾軸來定向顏料片。在這種情況下，可以通過簡單地改變涂附方向來獲得顏料片的不同定向。印刷或涂漆的圖案可以用在許多應(yīng)用中。例如，印刷的衍射光學(xué)可變圖案器件可以用在銀行紙幣，旅行支票，軟件載體或信用卡上起到安全或真實性特征。衍射光學(xué)可變圖案器件可以直接印刷到媒介上或可以印刷到一個轉(zhuǎn)寫薄膜或箔上，如熱箔，然后再貼(熱壓)到媒介上。任一方法都提供一個衍射光學(xué)可變圖案器件而不必制作一個主全息圖。因而，可以靈活地提供各種圖案，例如，可以用一個衍射光可變?nèi)掌诖a。用傳統(tǒng)的技術(shù)制作一個主全息圖，特別是一次使用型，費用很高，又很花時間。一旦偽造者獲得了制作一個主全息圖的裝置，這種器件就變得很容易被偽制。在其它實施例中，媒介本身可以被磁化。例如，可以通過將剩余磁性以一個預(yù)選的圖案傳入鋼板在一個鋼板上生成一個徽章或標識。含有磁性顏料片的涂料將在有足夠磁場的區(qū)域中被定向，而在有較少或沒有磁場的區(qū)域則不會定向。同樣地，帶有永久和/或電磁鐵或磁性液體的一個磁樣板可以放在一個面板，如金屬，塑料，或木板的后面，以在顏料片加在面板上之后定向顏料片。其它技術(shù)可以在媒介中或媒介上應(yīng)用或嵌入磁性金屬絲或粒子，或在有顏料片的基座的反面加一種磁性液體。隨后施加的在一個涂料或墨水中的磁性衍射顏料粒子將與磁性材料定向。衍射顏料的定向也可以定向其他用其它方法無法定向的非磁性粒子，如微金屬絲。顏料片可以在用于基座表面之前定向，如用過濾陰極放電沉積在顏料片被沉積在基座期間將其定向。許多不同的載體可以與根據(jù)本發(fā)明的實施例的顏料片一起使用。例如，一個涂料介質(zhì)可以與顏料片結(jié)合來提供一種涂料成分，一種墨水介質(zhì)可以與顏料片結(jié)合來提供一種墨水成分，或一個粉狀鍍膜粘合劑可以與顏料片結(jié)合來形成一種粉狀膜成分。粉狀鍍膜材料應(yīng)預(yù)先配好，因為在應(yīng)用期間磁性顏料可能被散開，使只有小部分到達被鍍膜的物體。在一些應(yīng)用中，如快速烘干墨水成分，介質(zhì)或載體可以是相對不穩(wěn)定的，或被媒介，如紙張快速吸收。在施加之前，定向顏料片的技術(shù)可以與這種快速烘干或快速硬化載體相容。例如，在照相凹版印刷中，可以在機輪吸起墨水之前磁化墨水接收體。其它技術(shù)可以用慢速烘干或慢速固化載體。例如，一個汽車涂料成分可以用在至少幾分鐘內(nèi)保持相對液態(tài)的聚亞安酯載體。顏料片可以在施加前被定向，當涂料被固化時，定向則會被保持著，或可以以任意定向涂附，然后通過施加一個磁場來定向。顏料片通常沿著媒介的表面放置，使衍射光柵更容易在顏料片平面中定向。其它載體可以保持液態(tài)直到被選擇性固化，如一個通過紅外線，紫外線或其它光束或熱來固化的載體。在其它實施例中，磁性衍射顏料片可以被包括在聚合膜中，如擠壓膜。擠壓工序通常在膜平面中定向顏料片，當薄膜被擠壓時可以用一個磁場來使衍射光柵在顏料片平面中定向。同樣地，磁性衍射顏料片可以澆鑄于一個聚合物中，在澆鑄之前或聚合體仍是液態(tài)時顏料片被磁性定向。這些技術(shù)可以包括定向顏料片的平面，以及衍射光柵在顏料片平面中的旋轉(zhuǎn)定向?？梢杂糜诰酆夏さ牟牧侠ê酆衔?，如聚乙烯醇，聚醋酸乙烯酯，聚乙烯吡咯烷，聚(乙氧乙烯)，聚(甲基乙烯)，聚(丙烯)酸，聚(丙烯酰胺)，聚(乙氧烯)，聚(順丁烯酐)，羥乙纖維素，醋酸纖維素及聚(糖化物)，如阿拉伯樹膠和膠質(zhì)也可以。如果使用一個有機溶劑，幾乎任何可溶解的聚合系統(tǒng)都可以使用。它可以包括上述含水例中的那些聚合物，但也可包括其他聚(乙縮醛)的聚合物，如乙烯丁縮醛，聚(乙烯基鹵化物)，如聚乙烯氯化物和聚乙烯撐氯化物，聚(二烯)如聚丁二烯，聚(烯烴)如聚乙烯，聚(丙烯酸鹽)如聚甲基丙烯酸鹽，聚(丙烯酸脂)如聚甲基丙烯酸脂，聚(碳酸鹽)，如聚(氧碳基氧環(huán)已烷)，聚(脂)如聚乙烯對酞酸鹽，聚(尿烷)，聚(硅氧烷)，聚(硫化物)，聚(磺化物)，聚(乙烯碃)，聚(丙烯碃)，聚(苯乙烯)，聚(苯撐)如聚(2，5二氫化氧-1，4苯撐乙烯)，聚(氨基化合物)，天然橡膠，甲醛樹脂及其他聚合物。圖8A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在一個媒介800上形成一個圖案的一個方法的簡化流程圖。衍射顏料片在圖案的一個第一區(qū)域被定向(步驟802)。定向也可以在衍射顏料片涂在媒介上之前，應(yīng)用期間和/或應(yīng)用之后完成。圖8B是定向根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個顏料片810的一個方法的簡化流程圖。提供一種帶有在顏料片平面中可定向的磁性結(jié)構(gòu)的顏料片(步驟812)。由于顏料片的形狀，磁性結(jié)構(gòu)可以是一個能夠被定向的幾乎均一的磁性材料層，或也可以是一種非均一的磁性材料層，如在一個衍射光柵上形成的條或針。一個磁場加在顏料片上以在顏料片平面中定向顏料片(步驟814)。在一個特定的實施例中，磁性顏料片有一個衍射光柵，衍射光柵根據(jù)所加磁場在一個預(yù)定的方向被定向。圖8C是印刷根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的一個光學(xué)可變圖案820的一個方法的簡化流程圖。在一個第一預(yù)選方向定向的帶有衍射顏料片的一個第一許多像素被沉積在一個媒介上(步驟822)。在一個第二預(yù)選方向定向的帶有衍射顏料片的一個第二許多像素被沉積在該媒介上(步驟824)。也可包括帶有在其他方向定向的衍射顏料片的其他像素。定向可以是在箔的平面內(nèi)或以一個所需的角度傾斜。各步驟的順序不受限制，并且一些工序可以允許不同組的像素依此施加在媒介上。其它像素可以用非定向的衍射顏料片，或非衍射顏料片印刷，或不印刷任何東西。同樣地，光學(xué)可變圖案或圖案的一部分也可以印刷在另一個圖案上，或者另一個圖案可以與光學(xué)可變圖案或圖案的一部分重疊。顏料片也可以以一個所需的傾斜角，及通過施加與涂有顏料片的媒介不在同一平面內(nèi)的磁場在衍射光柵的一個所需方向定向。例如，可以將一個條狀磁鐵散有衍射顏料片的一個卡片的下面。彎曲的磁場線會生成一種很生動而且不尋常的三維“眼睛”效果。用條狀，圓盤和環(huán)形磁鐵也可以獲得類似的效果。當一個環(huán)形磁鐵的表面放在卡片的背面時，在衍射顏料片中可獲得一個多重的，三維環(huán)狀效果。磁性衍射顏料可用各種技術(shù)，包括絲網(wǎng)印刷，散撒和噴涂等施加到媒介上。
VII.實驗結(jié)果試做了幾種磁性衍射顏料片并測試了光學(xué)特性。通常顏料片通過在浮雕PET膜上沉積薄膜層做成，接著從沉積基座上分離薄膜層，并磨碎再分類。接著再將顏料片與一個粘合劑，如由E.I.DU PONT DE NEMOURS公司出售的150KTM油漆混在一起，做成載體。也有其它合適的粘合劑和載體，如也是由E.I.DU PONT DE NEMOURS公司提供的彩色(CHROMASYSTEMS)粘合劑和基底制品，及由其它公司提供的其它產(chǎn)品。用一把醫(yī)用刀將混合物刮到一個卡片上以將顏料壓開。用醫(yī)用刀刮過一個卡片通常將顏料片在卡片平面內(nèi)弄平。在卡片的一個邊緣上放一個磁鐵，以使磁鐵的北極與卡片的邊緣相鄰。將一個第二磁鐵放在卡片的相反邊緣，使其南極與卡片的邊緣相鄰。這樣在第一磁鐵的北極與第二磁鐵的南極之間構(gòu)成了一個磁場。顏料片涂在磁鐵之間的區(qū)域，區(qū)間的距離約為7英寸寬，以便定向衍射光柵。這樣，定向的衍射顏料片就模擬了采用一個主全息或一個浮雕反射器的連續(xù)薄片做成的箔。在另一個例子中，在壓涂顏料片后施加一個磁場。當相反的(北極-南極)磁極以面對面的方式被放在涂有顏料片卡片底下時，載體仍然保持足夠的液態(tài)。顏料片上沿著衍射光柵形成了磁針，磁針沿著兩極之間的磁場線自我定向。一個分光光度測量計用來測量上述例的色移。在光電檢測器上用了一個掃描掩模。根據(jù)標準CIETMLAB的比色慣例，“a”軸在負方向上表示綠色，在正方向上表示紅色，“b”軸在負方向上表示藍色，在正方向上表示黃色。通常來說，曲線離原點越遠，在一個給定的亮度下從該方面觀察時的色彩越鮮。為了圖示的清晰省去了絕對觀察角度，但數(shù)據(jù)點的間隔大約為2度。圖9A是磁性定向的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的衍射顏料片的色移的簡化圖900。顏料片做在帶有1400條/毫米的浮雕的PET膜上，接著從沉積基座上剝離。顏料片結(jié)構(gòu)為氟化鎂-鋁-鎳-鋁-氟化鎂(MgF2-Al-Ni-Al-MgF2)(參照圖3C)。氟化鎂層為約400納米厚以給所得的顏料片提供硬度，同時也便于操作及處理。它對于光學(xué)特性來說并不需要，也可以用其它材料。在一些實施例中，這些層可以用來提供環(huán)境保護或折射率匹配。鋁層為約80納米厚，它通常是不透明的，亮的反射層。在其他實施例中，可以使用更薄或更厚的反射層或省去。在本實施例和圖9B-9E所示的實施例中，鎳層約為50納米厚，并沿著槽沉積，生成磁針。這個顏料片看起來顯亮銀色。第一條曲線902顯示當樣品，既槽的方向在約-33度904與在約80度906之間旋轉(zhuǎn)時，在一個45度并與所加磁場或衍射光柵垂直(所加磁場)的入射光束的照明下的樣品的色移，在約45度觀察時幾乎是鏡面反射907。第二條曲線908顯示當樣品旋轉(zhuǎn)過幾乎相同的弧度時，在與衍射光柵平行的入射光束照明下的樣品的色移。與第二條曲線908相比，第一條曲線902有更大的色移。第二條曲線的從原點來回表明它有相對少的色移，這也是非衍射干涉效果的特性。圖9B是磁性定向的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的衍射顏料片的色移的簡化圖910。磁性衍射顏料片與圖9A所示的樣品幾乎同樣做成，但一個2000條/毫米的光浮雕在沉積基座上。得到的顏料片同樣地與一個載體混合，并用一把醫(yī)用刀涂在一個卡片上，以將顏料片壓平于提供一個磁場并在卡片平面上定向顏料片的兩個磁鐵之間。所有樣品都在45度的入射角和負33度到正80度的觀察角內(nèi)分析，觀察角的間隔為兩度。第一條曲線912顯示由一個與顏料片的聚集衍射光柵垂直的入射光束照明的樣品的色移。第二條曲線914顯示由與聚集衍射光柵垂直的入射光束照明的樣品的色移。該樣品在照明源與磁場垂直時在一些觀察角顯示更寬的色移，但在其它觀察角下的色移或染色性相對較少。第二條曲線顯示相對較少的色移。圖9C是磁性定向的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的衍射顏料片的色移的簡化圖920。注意“a”軸和負“b”軸上刻度變化。磁性衍射顏料片與圖9A所示的樣品幾乎同樣做成，但一個3000條/毫米的光浮雕在沉積基座上。得到的顏料片同樣地與一個載體混合，并用一把醫(yī)用刀涂在一個卡片上，以將顏料片壓平于提供一個磁場并在卡片平面上定向顏料片的兩個磁鐵之間。第一條曲線912顯示由一個與顏料片的聚集衍射光柵垂直的入射光束照明的樣品的色移。第二條曲線914顯示由與聚集衍射光柵垂直的入射光束照明的樣品的色移。該樣品在照明源與磁場垂直時，顯示中等程度的色移，特別是從消色差中心到+a，-b象限有一個相對快速的變換。第二條曲線顯示相對較少的色移，及相對低的染色性。對于45度入射，從90度的觀察角度我們可以看到紫(400納米)和綠(約550納米)的顏色。這與第一階的波長相對應(yīng)。在這個光柵頻率下，對于比550納米更長的波長負一階的衍射反射在平面(光柵平面)以下。圖9D是磁性定向的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的衍射顏料片的色移的簡化圖930。注意刻度變化。磁性衍射顏料片與圖9A所示的樣品幾乎同樣做成，帶有一個浮雕在沉積基座上的1400條/毫米的光柵，但沒有鋁層。50納米厚的鎳層起到反射層的作用。樣品的整個外觀比有鋁反射層的類似樣品更暗(更灰)。得到的顏料片同樣地與一個載體混合，并用一把醫(yī)用刀涂在一個卡片上，以將顏料片壓平于提供一個磁場并在卡片平面上定向顏料片的兩個磁鐵之間。第一條曲線932顯示由一個與顏料片的聚集衍射光柵垂直的入射光束照明的樣品的色移。第二條曲線934顯示由與聚集衍射光柵垂直的入射光束照明的樣品的色移。圖9E是磁性定向的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的衍射顏料片的色移的簡化圖940。該設(shè)計產(chǎn)生一個從金到銀的變色效果。注意這里的刻度與其它圖不同。磁性衍射顏料片由一個浮雕在沉積基座上的1400條/毫米的光柵做成，但有不同的光學(xué)設(shè)計。薄膜堆包括在氟化鎂層上的半透明的鉻層(既吸收層)。按句話說，薄膜結(jié)構(gòu)為鉻-氟化鎂-鋁-鎳-鋁-氟化鎂-鉻(Cr-MgF2-Al-Ni-Al-MgF2-Cr)。氟化鎂層提供所需的硬度及法布里-伯樂濾波器的間隔層，雖然法布里-伯樂類型的干涉結(jié)構(gòu)也可以做在帶有衍射光柵的反射格上。得到的顏料片同樣地與一個載體混合，并用一把醫(yī)用刀涂在一個卡片上，以將顏料片壓平于提供一個磁場并在卡片平面上定向顏料片的兩個磁鐵之間。第一條曲線942顯示由一個與顏料片的聚集衍射光柵垂直的入射光束照明的樣品的色移。第二條曲線944顯示由與聚集衍射光柵垂直的入射光束照明的樣品的色移。當用垂直于顏料片的定向槽(衍射光柵)的高定向光束照明時，該樣品的總印象是在照明下傾斜樣品時顏色會從金色轉(zhuǎn)向銀色，并提供衍射效果。可以相信其它光學(xué)設(shè)計可以獲得其它光學(xué)效果。例如，氮化鈦(TiN)可以用作一個反射材料，使得衍射片有一個金底色。同樣地，金在衍射顏料片應(yīng)用中是一個很好的反射體。銅也可以用來獲得其他底色和變色效果。雖然本發(fā)明用上述的各種具體實施例來說明，但本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它各種特定形式中，而不脫離本發(fā)明的本質(zhì)精神。因此，上述的實施例只是用來說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明，本發(fā)明將由下列權(quán)利要求書決定。在權(quán)利要求書的意思和范圍內(nèi)的任何改良或類推都屬于本發(fā)明的范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種顏料粒子包括一個能夠根據(jù)所加磁場定向顏料粒子的磁性結(jié)構(gòu)；及一個衍射光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子，其中磁性結(jié)構(gòu)是一層磁性材料，并且顏料粒子的形狀使其在所加磁場中更容易定向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子，其中磁性結(jié)構(gòu)包括成形的磁性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子，其中磁性結(jié)構(gòu)包括許多磁條。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子，其中磁性結(jié)構(gòu)包括一種半透明磁性材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子，其中磁性結(jié)構(gòu)包括鎳，鈷，鐵，釓，鋱，鏑，鉺，鐵硅合金，鐵鎳合金，鐵鈷合金，鐵鎳鉬合金，鈷化釤(SmCo5)，鈷化釹(NdCo5)，鈷化二釤(Sm2Co17)，硼鐵釹(Nd2Fe14B)，鐵化鋱(TbFe2)，四氧化三鐵(Fe3O4)，氧化鐵鎳(NiFe2O4)，或氧化鐵鈷(CoFe2O4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子，其中衍射光柵包括許多槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的顏料粒子，其中許多槽的間隔在500條/毫米到5000條/毫米之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的顏料粒子，其中磁性結(jié)構(gòu)包括與衍射光柵的許多槽平行的磁針。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的顏料粒子，其中至少有些磁針與居間的磁性材料相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子，其中磁性結(jié)構(gòu)包括一層帶有可變厚度的磁性材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顏料粒子，其中磁性材料層是一層連續(xù)層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子被散入一個墨水介質(zhì)中以提供一種墨水成份。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子，散射到介質(zhì)涂料中的顏料是用來提供磁性材料一種涂料成份。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏料粒子被散入一個聚合薄膜，顏料粒子的衍射光柵在薄膜中被選擇定向。
16.一種顏料粒子包括一個包括一個衍射光柵的反射層；及沿著衍射光柵放置的許多磁針。
17.在一種媒介上形成的一個圖案，所述圖案包括包括第一許多衍射顏料片的一個第一區(qū)域，許多衍射顏料片的至少一些以一個選擇好的第一方向定向；及一個第二區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖案，其中許多衍射顏料片包括磁性可定向衍射顏料片。
19..根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖案，其中第二區(qū)域包括一個第二許多衍射顏料片。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖案，其中第二許多衍射顏料片的至少一部分以一個選擇好的第二方向定向。
21.應(yīng)用到一個物體上的根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖案，以提供一種安全特性。
22.在一種媒介上形成的一個圖案，所述圖案包括包括第一許多衍射顏料片的一個第一區(qū)域；及包括第二許多衍射顏料片的一個第二區(qū)域，其中當從一個選定的觀察角度觀察時，第一區(qū)域與第二區(qū)域有明顯的區(qū)別。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的圖案，其中第一許多衍射顏料片有一個第一衍射光柵，第二許多衍射顏料片有一個第二衍射光柵。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的圖案，其中第一許多衍射顏料片的至少一部分以一個預(yù)選的第一方向定向。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的圖案，其中第二許多衍射顏料片的至少一部分以一個預(yù)選的第二方向定向。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的圖案，其中圖案是一種衍射光學(xué)可變圖案。
27.一種光學(xué)可變圖案，包括帶有以一個預(yù)選的第一方向定向的衍射顏料片的第一許多像素；及帶有以一個預(yù)選的第二方向定向的衍射顏料片的第二許多像素。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的光學(xué)可變圖案，其中光學(xué)可變圖案提供一種活動效果。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的光學(xué)可變圖案，包括一個至少一部分由第一許多像素形成的第一圖案，和一個至少一部分由第二許多像素形成的第二圖案，第一圖案在一個第一觀察角出現(xiàn)，而第二圖案在一個第二觀察角出現(xiàn)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光學(xué)可變圖案，其中第一圖案的至少一部分與第二圖案重疊。
31.應(yīng)用到一個物體上的根據(jù)權(quán)利要求27所述的圖案，以提供一種安全特性。
32.一種用來在一個媒介上形成一個圖案的方法，所述方法包括在圖案的一個區(qū)域定向第一許多衍射顏料片。
33.一種形成一個衍射圖案的方法，所述方法包括提供一個帶有一個磁性結(jié)構(gòu)，可在與顏料片的一個主面幾乎平行的平面上定向的衍射顏料片；及施加一個磁場，以在一個預(yù)選的方向定向顏料片的一個衍射光柵。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中衍射光柵包括許多槽，衍射顏料片包括一個用來沿著磁場定向許多槽的磁性結(jié)構(gòu)。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中磁場在衍射顏料片放在媒介上之前施加。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中衍射顏料片在一個液體載體中，磁場在衍射顏料片放在媒介上以后施加。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中提供步驟包括在一個印刷步驟中將衍射顏料片施加到一個媒介上。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中印刷步驟包括凹版印刷，壓印，凹雕，橡皮繪圖，絲印，噴射，或石版印刷。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中提供步驟包括在一個涂料步驟中將衍射顏料片施加到一個媒介上。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中涂料步驟包括浸漬，噴，滾轉(zhuǎn)，或?qū)⒑醒苌漕伭系耐苛纤⒌揭粋€媒介上。
41.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中提供步驟包括一個粉末鍍膜工序。
42.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中施加步驟包括施加一個磁場，以在顏料片涂在一個基座的一個表面上之前定向顏料片的衍射光柵。
全文摘要
有選擇地定向衍射顏料片以形成一個圖案。在一個實施例中，帶有一個磁性層的顏料片被做成一定的形狀以更容易地在磁場中定向。在另一個實施例中，顏料片包括一個磁性非連續(xù)層。在一個特定的實施例中，在一個衍射光柵上沉積鎳從而沿著光柵生成磁針，這就使得所得的衍射顏料片能磁性定向。磁性定向的顏料片的測試標本的顏色掃描表明，與磁性衍射顏料片的定向方向平行與垂直的照明之間會有很大的區(qū)別。
文檔編號G02B5/18GK1681898SQ03821427
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者阿爾博特·阿格帝亞, 弗拉基米爾·P.·拉克沙, 朱迪旋 申請人:Jds尤尼弗思公司