CN101522436B - 光子晶体安全装置 - Google Patents

Abstract

一种包括光子晶体的光学可变安全装置，所述光子晶体在接收到入射光时发生第一光学效应，并且当所述装置受到外部刺激时，所述光子晶体产生不同于第一光学效应的第二光学效应。所述第一和第二光学效应中的至少一个是可在一组方向中观察到的、并且是由晶体选择性地反射或透射的光所引起的光学可变效应。

Description

光子晶体安全装置

本发明涉及对安全装置(security device)的改进，所述安全装置可以以各种不同的形状和尺寸应用于各种鉴别或安全应用领域中。

现在，诸如钞票等的安全文件(security document)常配有一些能呈现出与角度相关的彩色反射的光学可变装置。基于计算机的桌面印刷和扫描技术领域的发展刺激了这一点，所述计算机的桌面印刷和扫描技术领域的发展使得诸如凹版和胶版印刷等传统安全印刷技术越来越易于被复制或仿造。众所周知的是，现有技术中使用液晶材料或者薄膜干涉结构来产生这种角度相关的彩色反射。基于液晶的安全装置的实施例在EP 0435029、WO 03061980和EP 1156934中进行了描述，使用薄膜干涉结构的安全装置的实施例在US 4186943和US20050029800中进行了描述。

液晶薄膜和薄膜干涉结构的平面性质导致所观察到的角度相关的彩色反射呈现出有限的空间变化，例如当将安全装置从正入射偏离至倾斜时，呈现出简单的从红色到绿色的色变。

光子晶体是折射率在二维或优选为三维内周期性变化的结构化的光学材料。当受到一波长与折射率的空间调制相匹配的电磁的辐射时，这些材料呈现出一些有趣的光学效应。布拉格反射可发生在一波长范围内，所述波长范围取决于入射/传播的方向以及折射率变化的周期。这导致出现光子“能隙”，所述光子能隙类似于半导体中的电子带隙。通常，在某一频率范围内的电磁波不能沿晶体内的一特定方向传播，以这些波长入射的电磁辐射因此被反射。正是由于存在这种部分光子带隙，导致形成蛋白石宝石中所观察到的发亮的颜色。

通常，至于哪些电磁波可在光子晶体内传播以及哪些电磁波会被反射，其与波长、传播方向和极化方向有着复杂的相关性。然而，如果折射率中的调制足够大，某些频率可被禁止在任何晶体方向传播，并形成完全光子带隙。在这种情况下，光在晶体内任何方向上的传播都被阻止，并且所述材料表现为一种理想的反射器，使得波长在带隙范围内的所有光不管其入射方向如何都被完全反射。

存在两种已有文件记载的用于制造一种其折射率达到必要的高度有序变化的结构的方法——微加工以及自组装。由于微加工的复杂性，已投入相当大的精力研究由亚微米电介质球体三维阵列组成的自组装系统。通过使相同尺寸球体的胶状悬浮体在重力的影响下缓慢沉淀，或者通过施加一外力使球体自然排序，从而形成这种光子晶体。一众所周知的实例是制造合成的蛋白石结构，其中，通过沉降方法将均匀尺寸的亚微米二氧化硅球体组织为面心立方晶体结构。

经研究，该技术已经得到进一步的改进，使合成蛋白石作为前驱体或者模板来进一步定制所述结构。已表明可使用这种系统作为模板来实现通常所说的倒像蛋白石(inverted opal)的材料。在此，首先用高折射率的材料填充二氧化硅球体之间的空隙，然后用化学方法溶解所述二氧化硅以产生一种由高折射率材料的均匀基质间隔开的空气球体组成的材料。

使用光子晶体产生角度相关的彩色反射在WO 03062900和US20050228072中进行了描述。所述光子晶体的光学特性可在一更大的程度上被加以设计以及加以改变(大于平面液晶和薄膜干涉装置的光学特性)。首先，通过简单调节球体尺寸或者球体间隔从而改变晶格结构，可以更加轻易地控制反射光的角度和波长相关性。类似地，通过将结构缺陷引入晶格中，或者通过将纳米颗粒引入到结构中，可设计或者提高所选择的允许的和不允许的反射/透射。这在原理上给予了修改和设计能带结构的自由，从而给予了修改和设计反射的波长和空间相关性的自由。

使用非全息微光学和具有大于一定微米的表面起伏的微结构进行物品验证和防伪的方法和组合在US2003/0179364中进行了描述。在US2003/0179364A1的实施方案中，公开了由包含微透镜、非成像收集器、棱镜、导波器、反光镜、光栅、结构化干扰滤波器和光子晶体微结构的微光学系统获得的区别光学效应的范围。

基于圆柱体或棱柱体的涂剂在WO2006/018094中进行了描述。所述圆柱体或棱柱体的高度在100nm至500um的范围内，所述圆柱体的基底的直径或所述棱柱体的基底的最短对角线在100nm至500um的范围内，由此圆柱体或棱柱体由一个挨一个的相对于圆柱体或棱柱体的高度轴线处于横向位置布置的管和/或杆构成。在WO2006/018094中还涉及用于制备所述涂剂的方法以及涂剂在涂料、漆器、印刷油墨、塑性材料、薄膜、化妆品或药物配方、陶瓷材料、玻璃、纸、激光标印、安全材料、热绝缘材料、种子染色、食品上色、药品涂层、干法制备、涂剂制备中用于分析目的的使用(如转换或跟踪)。

用于显示彩色图像的调光材料在WO03/062900中进行了描述。所述彩色图像在调光材料表面上或在反射根据它们物理特性的光的选定颜色和带宽的材料之内具有微结构。在WO03/062900的一个示例性实施方案中，所述微结构是阶状结构，且根据阶状结构的阶的高度反射光的特定颜色和带宽。或者，所述微结构是被设计为反射光的选定颜色和带宽的肋状结构或类晶体结构。此外，还描述了制造这种材料的方法。

光子晶体在安全装置中的使用一直是有限的，并且在现有技术中它们的使用限于鉴别人员通过倾斜装置而观察到的简单的角度相关的彩色反射。在现有技术中也没有教授：如何将这些装置包括进安全文件中，以使类似于其他众所周知的二色性材料，将来自光子晶体的可能的附加光学效应应用于验证文件。本发明的目的在于，提高现有技术中所描述的装置的安全性。

根据本发明的第一方面，我们提供了一种包括光子晶体的光学可变安全装置，所述光子晶体在接收到入射光时产生第一光学效应，并且当所述装置受到外部刺激时，所述光子晶体产生不同于第一光学效应的第二光学效应，其中所述第一和第二光学效应中的至少一个是一种可在一组方向中观察到的、并且是由晶体选择性地反射或透射的光所引起的光学可变效应。

我们已意识到，具有在外部刺激下可修改的特性的光子晶体在光学可变安全装置的领域中提供了巨大优势。

在各种情况中，一光学效应可能是产生一非光学可变效应，诸如反射所有波长的入射光。然而通常，所述的所产生的光学效应是不同于前光学效应的第二光学可变效应。

所述第二光学效应优选地在可在第一组方向内、在该组方向的子集内或者在包括所述第一组方向的更大集合的方向内观察到。

术语“可观察到的”意在包括通过裸眼和/或使用合适装备仪器的观察。因此，所述效应可部分或者全部在非可见光谱(诸如UV或IR)中，尽管所述效应可被观测到，不过需使用合适的检测器。

通常，所述或各个光学可变效应取决于晶体相对于入射光的取向，并且所述或各个光学可变效应也可以根据相对于晶体的观察角度而变。

所述光可包括可见和/或非可见光，因此包括例如紫外和红外光。可使用宽的或窄的波长带。当通过白光(宽波长带)光源产生光时，优选地，所观察到的效应是一种彩色效应。

优选地，所述光学可变安全装置因此包括以下光子晶体：所述光子晶体在环境条件下呈现出至少一种角度相关的彩色反射，以及当施加一具体外部刺激时呈现第二个不同的角度相关的彩色反射。

通过施加外部刺激而引起的光学效应的改变(优选地所述外部刺激直接由鉴别者提供)，为装置提供了一种明显的交互式(互动)特征，从而增加了安全特征对于公众的难忘性。因此所述装置对于进行鉴别的公众成员而言是简单明了的，但却是难以被伪造的，这是因为需要复制外部刺激被施加时的光学效应的变化。

所述外部刺激可采用或单独或组合的许多形式，这些形式包括机械、热、化学、电、磁、电磁或者超声刺激。

优选地，晶体的光学响应在有或没有外部刺激下的差异是足够大的，以使人类观察者视觉上可检测到和/或是机器可读的。因此优选地，所述第一光学可变效应是第一个角度相关的彩色效应，所述第二光学可变效应是不同于第一光学可变效应的第二个与角度相关的彩色效应。这样，在有或没有外部刺激下观察时，所观察到的颜色所观察到的颜色与观察角度的相关性不同。

上述效应可典型地是反射效应，尽管透射效应也是可预期的。在本发明上下文中的反射光既包括镜面反射光，也包括散射光。

优选地，所述刺激导致晶体结构内一个或多个折射实体的周期性间距产生变化。在一实施方案中，所述变化是直接由所施加的压力引起的变形而导致的，但是在一替代性实施方案中，没有直接的机械变形，所述变化被间接诱导，诸如在热、化学、电、磁、电磁或超声刺激的情况下。

在一些情况中，所述刺激导致晶体结构内一个或多个折射实体的折射率变化。例如，在晶体结构内的一个或多个实体可能呈现出电-光、磁-光或化学效应，其中在晶体结构内的变化主要是相关于折射率的变化而不是组成晶体结构的各种实体之间的间距的变化。在化学方面，这可能例如是由于摄入水而引起的。然而，将其与晶体内周期性间距的机械变化相结合也是可预期的。

可选择光子晶体，以使得一旦去除所述刺激或者当施加相反刺激时，所述刺激对晶体的效应是可逆的。因此在一些情况下，通过施加一外部刺激，所述晶格间距可被可逆地改变，例如弹性地缩短或者扩大。

一优选实施例是通过机械拉伸、弯曲、戳或者按压所述材料，来可逆地改变光子晶格间距。因此，源于光子晶格的周期性的完全或部分光子带隙的特征被改变，并且因此可设计反射和透射性能，以响应机械刺激。适用于机械变形刺激的合适的光子晶体是那些具有柔性、弹性基质的光子晶体，并且被称为弹性光子晶体。

弹性光子晶体通常包括那些用于基质和用于球体的聚合物材料。适合于本发明的弹性光子晶体的典型实施例在US 20040131799、US20050228072、US 20040253443和US 6337131中进行了描述。所述晶体可以由第一材料的球体和第二材料的基质制成，其中各种材料具有各不相同的折射率。因此通过采用弹性材料形式，所述基质可被容易地变形。

适合用于形成球体的材料优选地是单组分聚合物(singlepolymer)或者共聚物材料。典型的实施例既包括可聚合不饱和单体的聚合物和共聚物，也包括含有至少两个反应基的单体的缩聚物和共缩聚物，例如，所述实施例诸如高分子量的脂肪族、脂肪族/芳香族或整个芳香族的聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚脲和聚氨酯，并且氨基和酚醛树脂的缩聚物和共缩聚物也是合适的，诸如，例如三聚氰胺-甲醛、尿素-甲醛以及酚-甲醛缩合物。

适合用于形成弹性基质的材料是具有低玻璃态转变温度的加聚物(addition polymer)。实施例包括可聚合不饱和单体的加聚物和共聚物，还包括具有两个或更多个反应基的单体的缩聚物和共缩聚物的加聚物和共聚物，诸如，高分子量脂肪族、脂肪族-芳香族或整个芳香族的聚酯和聚酰胺，而且包括氨基和酚醛树脂的加聚物和共聚物，诸如，例如三聚氰胺-甲醛、尿素-甲醛以及酚-甲醛缩合物。

也可设想将非聚合材料用于球体和基质，并且它们可以是无机的或金属的或混合的复合物。

可使用各种类型的晶体实现本发明，并且应注意的是，术语“光子晶体”意在包括呈现这种效应的准晶体，以及更多传统的有序的“非准”光子晶体。

还可考虑将光子晶体的结构参数布置为在晶体的不同区域不相同，以有效产生光学特性不同的多个晶体。而且，所述“晶体”可包括多个单个晶体。

可以以多种形式提供所述光子晶体，诸如作为一自撑式层(self-supporting layer)。替代地，所述光子晶体可被一衬底或者载体层支撑，所述光子晶体被直接或间接地(通过一个或多个另外的层)安装在所述衬底或者载体层上。所述衬底或载体层可以采用聚合物层的形式。

所述安全装置也可包括一个或多个另外的粘合剂层，例如，用于将装置粘结到另外的装置和/或安全文件。通常，在所述装置的外表面上提供一个或多个这样的粘合剂层。

也可提供一散射层，以使得光子晶体的反射光被散射。

所述光学可变安全装置可进一步包括，被施加到装置上的作为一个或多个层来提供的光学吸收材料。这种层可被布置在光子晶体上，或者甚至所述材料可形成在晶体结构自身中。这二者的结合也是可预期的。通过将这种吸收材料包含进来，可为观察者增强光学效应，或者借助于吸收材料(诸如那些在所用光的波长上选择性地吸收的吸收材料)来改变光学效应。在一些实施例中，为了该目的使用染料或油墨。

通过使用定位在晶体结构中的，优选地在空隙位置中的纳米颗粒，也可附加地或替代地进一步改变或者增强光学特性。纳米颗粒可基本均匀地分布在晶体中，使得晶体的各个部分呈现出基本相同的光学效应。替代地，纳米颗粒可不均匀地分布在晶体内，使得晶体的不同部分呈现出基本不同的光学效应。因此，纳米颗粒可根据浓度梯度分布。纳米颗粒也可被分布在许多区域中，同时具有不同浓度。

所述光学可变安全装置可进一步包括一敷金属层(metallisedlayer)。优选地，像这样的层在许多地方被选择性地脱金属。另外，所述装置可进一步包括在敷金属层上的抗蚀剂层。所述敷金属层和/或抗蚀剂层被优选地布置为标记(indicia)。这种带有或者不带标记的层可从光子晶体的接收光的相同面或者从相反面看见。所述层的透射视图也是可预期的。

同样优选地，所述装置被布置为机器可读的。这可通过许多方式实现。例如所述装置中的至少一层(可选择地作为一单独的层)或者光子晶体自身可进一步包括机器可读的材料。优选地，所述机器可读的材料是一种磁性材料，诸如磁铁矿。所述机器可读的材料可响应于外部刺激。而且，当将机器可读材料形成进一层内时，该层可以是透明的。

所述光学可变安全装置可用于许多不同用途中，诸如通过附着到有价物体上。优选地，所述安全装置被粘附到或者基本包含在一安全文件中。这种安全文件包括钞票、支票、护照、身份证、正品证书、印花税票和其他用于保价或者证明个人身份的文件。

所述安全装置因此可被附到这种文件的表面，或者可被嵌入到所述文件中，从而提供用于接收所述文件相对的面上或其中一个面上的入射光的晶体表面。所述安全装置可采用各种不同形式以用于安全文件，这些形式包括作为非限制性实施例的安全线、安全纤维、安全片(patch)、安全带(strip)、安全条(stripe)或安全箔片。

优选地，适合用于本发明的光子晶体材料是薄膜形式。用于形成光子晶体材料的薄膜的制造方法在本领域中是公知的。例如，如在US200050228072中所描述的，可使用标准的聚合物连续处理技术制造薄膜，诸如轧制、压延、薄膜吹塑或者平膜挤塑。在该处理中，在薄膜形成过程所施加的机械应力下进行球体的排列。一旦形成薄膜，所述基质就被交联以固定所述球体的取向。替代地，正如在US 6337131中所描述的，可通过将包括球体和基质的涂层组分施加到载体薄膜上从而制造光子晶体材料薄膜。一旦施加完所述涂层组分，就去除任何扩散或稀释材料，并且所述球体通过沉淀过程定向，在此之后，所述基质被交联以固定球体的取向。

替代地，可以以粉末或着色粉(pigment)形式使用所述光子晶体材料。通过在载体层上形成一薄膜，分离所述薄膜并将其碾成着色粉或粉末，以此来获得着色粉。

所述安全装置可包括其他附加的安全特征，或者所述装置可被重叠在附加的安全特征上，所述附加的安全特征的一个实施例是如上所述的选择性脱金属层，以提供增强的安全性。所述安全装置也可被支撑在透明层上，例如以允许透明层所接触的表面接收或透射光。

安全线现已出现在许多世界货币和票据、护照、旅行支票及其他文件中。在许多情况下，所述线以部分嵌入或者开窗形式来设置，其中所述线看起来在纸内外迂回前进。制造这种带有被称为窗口式线的纸的方法可在EP 0059056中找到。EP 0860298和WO 03095188描述了将更宽的部分暴露的线嵌入到纸质衬底中的不同方法。通常2～6mm宽度的宽线是尤其有用的，因为附加的暴露区域允许更好地利用诸如本发明等的光学可变装置。

所述装置可被引入文件中，使所述装置的区域从文件的两个面都是可见的。在纸和聚合物衬底中都形成透明区域的技术在本技术领域中是公知的。例如，WO 8300659描述了一种由透明衬底组成的聚合物钞票，所述透明衬底包括在所述衬底的两面上的乳浊涂层。在所述衬底的两个面上的局部区域中的乳浊涂层被省略，从而形成一透明区域。

在EP 1141480和WO 03054297中描述了引入一安全装置以使得所述安全装置从纸质文件的两面都可见的方法。在EP 1141480所描述的方法中，所述装置的一面在该装置部分嵌入其中的文件的一个表面处被完全暴露，并且部分暴露在位于衬底的另一表面的窗口中。

在安全条或安全片的情况下，所述光子晶体薄膜优选地被预制在载体衬底上，并且在接下来的工序中被转移到衬底中。使用粘合剂层可将所述光子晶体薄膜施加到文件中。所述粘合剂层被施加到光子晶体薄膜，或者被施加到该安全装置将要应用于其上的安全文件的表面上。在转移之后，所述载体带可被去除，剩下所述光子晶体薄膜装置作为暴露层，或者可替代地，所述载体层可保留，作为充当外部保护层的结构的一部分。

在应用了光子晶体装置之后，诸如钞票等的所述文件进入进一步的标准安全印刷过程，包括如下的一种或多种：湿式或干式平版印刷、凹版印刷、凸版印刷、苯胺印刷、丝网印刷和/或照相凹版印刷。在一优选实施例中，为了增强安全装置在防止伪造方面的有效性，应通过内容和图样的重合以及设置在所保护文件上的标识信息，使安全装置的图样与其所保护的文件相关联。

此外，在将光子晶体装置引入安全文件之前或之后，可通过套印(overprinting)或者压印(embossing)定制所述光子晶体装置。所述压印可包括一粗糙的非衍射压印或者一衍射压印。所述装置可被布置为产生一根据观察角度和/或施加的外部刺激选择性可见的潜像。所述光子晶体的表面可被直接压印以产生凸起结构(raised structure)，所述凸起结构可用于形成一潜像。此外，可选地使用在光子晶体表面上的压印结构，或者通过在另一敷金属层中提供衍射结构，所述装置可被布置为包括一全息图，所述敷金属层例如可部分重叠所述晶体。

在各实施例中，尤其是涉及机械变形从而产生光学效应的实施例中，所述安全装置可被布置为凸出部，使得该凸出部或一附着于该装置的部分可被用户抓住并且变形(塑性地或弹性地)，从而施加外部刺激。

现在将参考附图，描述根据本发明的一些实施例，其中：

图1示出被结合进安全文件的安全装置的第一实施例；

图2示出在窗口式安全线中使用的安全装置的第二实施例；

图3示出根据第三实施例的具有聚合物载体层的安全装置；

图4a示出根据第四实施例的具有脱金属特征的安全装置；

图4b示出包括磁性材料的机器可读的第五实施例；

图5示出将根据各实施例的安全装置加入一透明区域内；

图6a示出根据第六实施例的安全装置；

图6b示出作为第六实施例的替代物的机器可读的第七实施例；

图7示出具有凸起安全装置的第八实施例；

图8a，8b分别示出具有弹性光子晶体的第九实施例安全装置的前视图和后视图；

图8c是在用户的手中正被变形的第九实施例的示意图；

图9示出包括两个光子晶体的第十实施例安全装置的截面图；

图10a，b，c示出当在三个不同变形等级(分别为10a，10b，10c)观察时的第十一实施例的安全装置；

图11示出被进一步压印的第十二实施例的安全装置；

图12示出具有红色和黑色吸收层的第十三实施例的安全装置；

图13示出被施加到一个文件的所述第十三实施例的安全装置；

图14示出在光子晶体中具有间隙并且具有一吸收层的第十四实施例的安全装置；

图15示出包含纳米颗粒的第十五实施例的安全装置；

图16示出用做标签的第十六实施例的安全装置；

图17示出附接到衬底的第十六实施例的装置；

图18示出类似于第十六实施例的第十七实施例；

图19a，b，c示出当在三个不同变形等级(分别为19a、19b、19c)观察时的第十七实施例的安全装置；

图20a，b，c示出当在三个不同变形等级(分别为20a、20b、20c)观察时的第十八实施例的安全装置；

图1示出被结合进安全文件中的根据本发明的安全装置，所述安全装置作为窗口式线带有暴露的线的窗口和嵌入的线的区域。图2示出适合用做窗口式安全线的本发明一实施例的剖面图。所述装置包括自撑式弹性光子晶体薄膜，在所述薄膜上施加一暗色吸收层。粘合剂层可被施加到装置的外表面从而提高安全文件的粘合性。

在环境条件下，当向下在反射中观察在弹性光子晶体薄膜上的图1中的装置时，即在施加外部刺激之前，随着装置被倾斜，从光子晶体层的窗口区域中观察到高度对比的色移效应。例如，色移可从红色开始变为绿色——当相对于衬底平面以法线入射角度观察时为红色，当相对于衬底平面以特定入射角度观察时为绿色。当在暴露的窗口区域中按压所述安全装置时，弹性光子晶体的垂直于安全装置平面的晶格间距发生收缩。这种收缩改变晶体的光子能带结构，因此也改变鉴别者所观察到的反射的波长和空间相关性。在该实施例中，晶格的收缩导致所观察到的颜色移向更短波长，诸如在初始施加压力时，红色变为绿色，然后随着进一步增加压力，绿色变为蓝色。当装置在其变形状态中时，也可观察到角度相关的色移，例如当衬底在其初始按压状态中被倾斜时，色移可从绿色变为蓝色。一旦消除了变形，光子晶体层就回复到其初始颜色，因而鉴别过程是可逆的。

可选择弹性光子晶体薄膜中所使用的材料，以使得当压力去除时，所述装置的环境光学特性不即刻复原，而是存在延迟，使得新颜色可被容易地校验。

在图2中所示出的安全装置的一替代性结构中，并且如图3中所示出的，安全装置包括聚合物载体衬底，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者双向拉伸聚丙烯(BOPP)(Bi-axially OrientedPolypropylene)，在载体衬底上施加一暗色吸收层。接着将弹性光子晶体材料层施加到载体薄膜的相对的表面上，或者替代地施加到暗色吸收层上。弹性光子晶体层可作为一涂层被直接形成在载体衬底上，或者被形成为单独的薄膜然后被层压至载体衬底。所述单独的薄膜可被形成为一自撑式层，例如使用挤压或者通过涂覆到暂时的载体层上，所述暂时的载体层接着在层压过程中被清除。这在用于安全线的载体衬底包括附加的安全特征时，是尤其有益的，所述附加的安全特征诸如是磁层和包括脱金属符号的敷金属层，其中所述附加的安全特征可能不适合被直接施加到光子晶体层，或者会降低载体衬底作为一个弹性光子晶体可直接形成于其上的层的适用性。可将粘合剂层施加到装置的外表面，从而提高到安全文件的粘合性。

在图1、2和3中的安全装置是窗口式安全线的形式的事实，仅为了示例性目的，并且弹性光子晶体可尽可能方便地被用作表面应用安全特征的一部分，诸如带或片等。

图1和图2中所描述的根据本发明的实施例，主要在反射中被观察，这样，以暗色的非选择性吸收背景为陪衬，光子晶体材料的光学效应得到最佳的视觉化呈现。这可通过在光子晶体层下面布置一吸收层，或者通过将吸收颗粒加入到光子晶体材料中而实现。吸收颗粒应远远大于光子晶格的球体的尺寸，使得它们不引起晶格的变化，并且因而不引起一些不想要的光学特性方面的变化。

当使用黑的或非常暗的基本上完全吸收的层时，可产生最强烈的色移，通过使用其他颜色或者颜色组合的部分吸收层，可产生其他的效应，以产生不同的明显的色移颜色。根据本发明的吸收层可包括着色油墨或涂料，或者替代地，可使用非着色的吸收染料。

可通过修改光子晶格的特征，定制光子晶体层的光学特性。导致对于一特定的入射/传播方向，一些特定的波长被排除在外的完全或部分光子带隙的存在是由形成光子晶体的基质和球体之间的折射率差异引起的。球体和基质之间折射率差异的增大增加了所观察到的颜色和色移的强度，并增加了其中一特定波长被排除在外的入射传播方向的数目。

更易于成形为薄膜的光子晶体通常包括那些用于基质和用于球体的聚合物材料。可在US 6337131和US 20050228072中发现合适的实施例。在该情况中，选择那些用于基质和用于球体的聚合物，以最大化折射率差异。所述折射率差异应至少为0.001，但是更优选地大于0.01，并且还更优选地大于0.1。

可用于制造适合在本发明中使用的弹性光子晶体材料的聚合物材料的具体实施例，包括在聚丙烯酸乙酯基质中的交联聚苯乙烯的球体。在球体和基质之间存在聚甲基丙烯酸甲酯夹层以确保相容性。所制造的弹性光子晶体材料呈现出面心立方晶体结构，并且其(111)平面平行于薄膜表面。

也可通过改变晶体结构、晶体间距或者球体尺寸，来修改光子晶体层的光学特性。对于如上讨论的具体实施例，在《聚合物(Polymer)》44(2003)7625-7634中，Ruhl等人已表明聚苯乙烯球体直径可在150～300nm之间变化，以制造在没有外部刺激的情况下，从法线入射角度观察时具有不同颜色的薄膜。例如，当在不施加外部刺激的情况下从法线入射观察时，颜色随着球体尺寸变化如下：

球体尺寸(nm)	在法线入射角度观察到的颜色
		207	蓝色
249	绿色
		259	黄色
282	红色

作为一一般性的指导，无论聚合物的类型如何，为了使晶体反射在电磁谱的可见区域内的光，球体的颗粒尺寸优选在50～500nm的范围内，并且更优选地在100～500nm范围内。

在科学文献中已报道(参见Optics Express，Vol 15，No.15，第9553～9561页，2007年7月23日)，纳米颗粒可被引入到光子晶体的基质中，以改变或增强所观察到的颜色、色移以及照明角度方面的容限(tolerance)。优选地，选择纳米颗粒的尺寸，使得它们落在晶格的间隙位置内。纳米颗粒增强了在光子晶体中发生的共振散射现象，导致产生强的结构色彩。例如，将直径小于50nm的碳纳米颗粒结合进如上所述的200nm球体尺寸的聚苯乙烯/聚丙烯酸乙酯系统中，增强光子晶体的共振散射，并且将光子晶体薄膜的外观从弱色彩的乳白色外观显著改变为有强烈色彩的绿薄膜。因此使用纳米颗粒提供了如下一主要优点，即无需单独的吸收层或者无需结合粗糙的吸收颗粒，就可观察到色彩强烈的颜色。另外，照明角度方面的容限增加，使得所观察的颜色不再取决于光源的位置。在第二实施例中，可结合进磁纳米颗粒以产生磁性的机器可读的色移薄膜。

纳米颗粒的浓度可在装置内变化。例如，纳米颗粒可被引入到局部区域中，或者装置内的纳米颗粒的数量存在梯度。这将导致装置上颜色的强度以及相关的色移的变化。

在一优选实施方案中，通过挤压方法制造弹性光子晶体薄膜，并且在挤压之前，将纳米颗粒添加到聚合物储存器中。在这种情况下，通过在聚合物储存器中设置一组分隔器(divider)，以使通过挤压机在相应横向位置处供给添加剂来获取横向间隔的纳米颗粒带。

所述颗粒可由在电场、磁场或电磁场中可定向的材料制成。因此，可通过在薄膜制造中的最后的交联步骤之前，将特定的场选择性地施加到弹性光子晶体薄膜来影响颗粒的取向。

可添加诸如量子点的纳米光致发光颗粒，以产生一种新颖的光致发光安全特征。例如，可添加PbS纳米颗粒以制造光致发光薄膜。在科学文献中(Nature Materials Volume 5，2006年3月第179页)已经示出，如果发射频率落在光子晶体的带隙内，在光子晶体中嵌入的量子点将导致抑制发光。如果光子带隙的位置可响应于外部刺激而改变，使得其重叠或跨越所嵌入的发射体的光致发光峰值，则可能发生发光的抑制/增强以及发光寿命的动态改变。如果外部刺激是一种机械变形，在通过简单按压所述装置来打开或关闭荧光或磷光的情况下，可形成一交互式安全装置。

由于光子晶体材料的波长选择性，包括光子晶体材料的安全装置固有地是机器可读的。在其他实施例中，通过将可检测材料引入到光子晶体中，或者通过引入单独的机器可读层，可进一步扩展本发明的机器可读方面。对外部刺激起反应的可检测材料包括但不限于荧光材料、磷光材料、红外吸收材料、热致变色材料、光致变色材料、磁材料、电致变色材料、导电材料和压电变色材料。

在一优选实施方案中，在分隔吸收层中的着色粉是机器可读的(例如碳黑)，以制造一机器可读的、导电的或IR吸收的层。替代地，所述着色粉可以是诸如磁铁矿等的磁性材料，以制造机器可读的磁层。

本技术领域的普通技术人员可进一步理解的是，可在结合当前制造安全线的方法下，使用本发明的安全装置。可使用的合适的方法和构造的实施例包括，但是不限于，在WO 03061980、EP 0516790、WO9825236和WO 9928852中所列举的。

图4a示出本发明如何可与脱金属字符相结合，以用作窗口式安全线。该方法需要一包括基本透明的PET聚合物薄膜或类似物的敷金属薄膜，所述敷金属薄膜在其第一面上具有不透明的金属层。一种合适的预敷金属薄膜是优选为19μm厚度的来自DuPont的敷金属MELINEXS薄膜。所述金属层印刷有抗蚀剂，所述抗蚀剂包括黑色或暗色的染料或着色粉。合适的抗蚀剂包括被混合进一种对于金属具有良好粘性和抗腐蚀性的材料中的染料BASE Neozapon X51或者着色粉(散布良好的)“碳黑7”。接着根据一公知的借助于碱洗(caustic wash)的脱金属方法，将所印刷的敷金属薄膜部分地脱金属，所述碱洗可去除那些未印刷有抗蚀剂的区域中的金属。所剩下的涂覆有抗蚀剂的区域提供了一黑色层，当从脱金属薄膜的散布有透明区域的第一面(沿箭头Y)观察时，黑色层是可见的。敷金属层的剩余部分的闪亮金属，仅从脱金属薄膜的相对的一面(沿箭头X)是可见的。抗蚀剂可被印刷为标记的形式，诸如词语、数字、图案等；在这种情况下，所形成的标记将以阳图法敷金属，此时金属仍被暗色或黑色的抗蚀剂所覆盖。替代地，可印刷抗蚀剂，以阴图法形成标记，在这种情况下，由脱金属区域提供所得到的标记。然而由于在已被脱金属的区域和剩下的不透明区域之间的对比，所形成的标记从两面都是清晰可见的，尤其在透射光中。然后施加光子晶体层，优选使用转移法，如参考图3。

在图4a中所示出的安全装置呈现出两种视觉上成对比的安全特征。所述装置包括当从第一面(沿箭头Y)在反射中观察所完成的衬底时，弹性光子晶体层的交互式光学效应，正如对上述实施例所描述的；以及当从另一面(沿箭头X)观察时的金属闪亮部分涂层。由黑色抗蚀剂所限定的附加的清晰的阳图或阴图标记，可从任一面的透射中看到。该实施例当在如下这样的装置中使用时是尤其有利的，所述装置在包含有该装置的文件的两个面中都是可见的。例如，使用在EP 1141480或WO 03054297中所描述的方法，该装置可被引入安全文件中。

图4b示出在图4a中所示出的装置的机器可读版本。所述装置包括敷金属PET基底层，用合适的图样对基底层脱金属，该图样包括沿装置每个边缘的金属条痕。正如参考图4a所描述的，在脱金属过程中使用黑色抗蚀剂。可在金属条痕上施加保护层(在图中未示出)，以防止金属被磁层所侵蚀，所述磁层随后被施加。合适的保护层是由SUNChemical所提供的VHL31534，应用时涂层重量为2gsm。所述保护层可选地可被着色。所述磁性材料仅被施加在金属条痕上，从而使脱金属标记不被遮蔽。然后施加光子晶体层，优选地使用转移法，正如参考图3所示。可将粘合剂层施加到装置的外表面，以提高装置粘合到安全文件的粘合性。

当磁性材料被纳入装置中位于吸收层内时，或者作为一单独的层被结合到装置中时，磁性材料可以以任意图样被施加，但是通常的实施例包括使用磁性条痕或者使用磁性块从而形成编码结构。合适的磁性材料包括铁氧化物着色粉(Fe₂O₃或Fe₃O₄)、钡或锶的铁酸盐、铁、镍、钴以及它们的合金。在本公开文本中，术语“合金”包括诸如镍:钴、铁:铝:镍:钴等的材料。可使用镍片材料，另外铁片材料也是合适的。典型的镍片具有5～50微米范围内的横向尺寸，以及小于2微米的厚度。典型的铁片具有10～30微米范围内的横向尺寸，以及小于2微米的厚度。

在一替代性的机器可读实施方案中，可在装置结构的任何位置处引入透明的磁层。在WO 03091953和WO 03091952中描述了合适的透明磁层，所述透明磁层包括所分布的某一尺寸的磁性材料颗粒，该磁性材料颗粒具有使得磁层保持透明的分布浓度。

在再一个实施例中，可将本发明的安全装置引入一安全文件中，使所述装置被引入文件的透明区域中。安全文件可具有由包括纸和聚合物的任意传统材料所组成的衬底。在这些衬底类型中形成透明区域的技术在本领域中都是公知的。例如，WO 8300659描述了一种由透明衬底所形成的聚合物钞票，所述透明衬底包括在其两个面上的不透明涂层。在衬底的两个面上的局部区域中的不透明涂层被去除，从而形成透明区域。

EP 1141480描述了一种在纸质衬底中制造透明区域的方法。在EP0723501、EP 0724519和WO 03054297中描述了在纸质衬底中形成透明区域的其他方法。

图5示出了被引入安全文件的透明区域中的根据本发明的安全装置。图6a示出在透明区域内的安全装置的剖面图。所述安全装置包括透明载体层，所述透明载体层优选地形成衬底的透明区域。一种吸收材料被施加到局部区域中的透明层，以形成可标识图案或者标识图像。包括弹性光子晶体材料的层被定位在吸收层的上方，所述弹性光子晶体材料呈现出与图1和图2中的弹性光子晶体材料相同的光学特征。

在施加外部刺激之前，当从面A在反射中观察图6a中的装置时，随着装置被倾斜，从定位在吸收层上方的弹性光子晶体层的区域中可观察到高对比度的色移效应。例如，色移可从红色开始变为绿色——当从相对于衬底平面以法线入射角度观察时为红色，当以与衬底平面成一特定入射角度观察时为绿色。当从面A在透射光中观察时，在吸收层上的区域仍然显示红-绿色移，但在那些不位于吸收层上方的区域中，所透射的颜色使反射颜色饱和。所透射和反射的颜色是互补的，例如，在反射中的红色到绿色的色移，在透射中被看到是青色到品红的色移。在按压安全装置时，垂直于安全装置平面的晶格间距发生收缩。所述收缩改变晶体的光子能带结构，并且因而改变鉴别者所观察到的反射的波长和空间相关性。在该实施例中，晶格的收缩导致观察到的反射颜色移向更短波长，诸如从红色变为绿色，绿色变为蓝色，同时，随着衬底在其加压状态中被倾斜，产生了从绿色到蓝色的色移。相反，所观察到的互补透射颜色移向更长波长，同时，随着衬底在其加压状态中被倾斜，产生从品红到黄色的色移。

当从面B在反射或透射中观察图6a中的装置时，暗色吸收层将以标识图像的形式被看到。如果暗色图像在审美上是不能接受的，则可以使用一种审美上更加愉悦的材料/颜色来遮住暗色抗蚀剂，使得其从面B不可见。例如，借助于不同颜色的不透明油墨或金属墨，暗色吸收区域可被套印到透明区域的面B上。替代地，如在图6b中所示出，透明载体衬底可用敷金属的聚合物衬底来代替。正如参考图4所述，所述敷金属村底印刷带有标识图像形式的暗色抗蚀剂。被印刷的敷金属薄膜接着被局部地脱金属，以移除那些未印刷有抗蚀剂的区域中的金属。当从面A观察时，观察到弹性光子晶体薄膜映衬着吸收性暗色抗蚀剂，并呈现为如参考图6a所描述的，但是当从面B中观察时，金属图像被观察到为印刷有暗色抗蚀剂的标识图像。所述图像可以是阳图，即由金属区域限定，或者是阴图，即由金属区域之间的透明区域限定。

在一替代性的机器-可读构造中，使用诸如磁铁矿等的磁性着色粉形成图6b中的暗色抗蚀剂，以提供机器-可读编码。在再一个实施方案中，暗色抗蚀剂的仅一部分设置有磁性着色粉，并且剩余部分设置有非磁性着色粉。如果磁性和非磁性区域都是基本完全吸收性的，在两个区域上的弹性光子晶体薄膜中将不存在任何视觉差异，因此编码的格式将不是轻易可见的。

可选择弹性光子晶体中所使用的材料，以使得当压力去除时，装置的环境光学特性不即刻复原，相反却存在一延迟，以使新颜色可被容易地校验。透明区域中存在这种装置意味着，可从一面戳该装置，并且从另一面观察所述装置。例如参考图6，可通过戳面B，并且从面A对着暗吸收背景观察反射式色移。在本公开文本中，由于在变形过程中，透明区域在后面是未被支撑的，因此戳和按压是不同的。

在一替代性鉴别方法中，包括弹性光子晶体的安全装置可被拉伸以执行鉴别过程。WO 2004001130描述了一种将诸如安全线的细长元件引入安全文件使得所述细长元件在一孔内暴露的方法。在WO2004001130的一实施例中，所述孔被用于在安全文件的边缘上形成一编码孔(notch)，在该编码孔中，如图7中所示露出安全线的末端。在本发明的一实施例中，暴露的线包括一在环境条件中呈现出一个角度相关的色移的以及当被拉伸时呈现第二个角度相关的色移的弹性光子晶体层。所述线是被暴露的事实能够使该线容易被拉伸而无需弯曲所述文件。

图8示出一实施例，此处根据本发明的安全装置被引入一纸质衬底的孔内。正如在EP1141480中所描述的，一自撑式弹性光子晶体薄膜被引入纸质衬底中。光子晶体薄膜的一面被整体暴露在光子晶体薄膜部分嵌入其中的纸质衬底的前表面上(图8a)，并且部分暴露在衬底的背部表面上的孔内(图8b)。在该实施例中，光子晶体材料包括在聚丙烯酸乙酯基质中交联的聚苯乙烯的球体。碳纳米颗粒已被引入光子晶体结构中，使得在没有外部刺激的情况下，在法线入射角度观察时，所述薄膜具有强烈的红色。

如图8a中所示，在施加外部刺激之前，当在反射中从文件的正面观察装置时，沿着整个暴露的细长形安全装置观察到高对比度的色移效应。在该实施例中，色移从红色转变为绿色——当相对于衬底平面以法线入射角度观察时为红色，当相对于衬底平面以一特定入射角度观察时为绿色。纳米颗粒的引入产生了单一的层，即，非层压的，强色彩的基本不透明的薄膜。这优于液晶色移薄膜，在液晶色移薄膜中需要使用单独的黑色或暗色吸收层，以产生强色彩的基本不透明的薄膜。如果在如图8中所示的实施例中使用基于液晶的装置，那么为了使反射式的色移效应能够从文件的两个面都可见，将需要两个液晶薄膜并且它们之间要有一吸收层。与此不同，对于本发明，使用掺杂有碳纳米颗粒的自撑式弹性光子晶体薄膜，能够使反射式色移效应从文件的两个面都可见，同时仅使用单层的色移材料。如在图8b中所示出的，在施加外部刺激之前，当从文件的背面在反射中观察所述装置时，在弹性光子晶体薄膜被暴露在小孔内的地方，呈现出相同的高对比度的色移效应，正如从文件的正面所观察到的。

正如在图8c中所示出的，在该实施例中，通过围绕文件的中心纵向轴线弯曲所述文件从而施加机械性外部刺激。所述变形改变了晶体的光子能带结构，从而改变了鉴别者所观察到的反射的波长和空间相关性。在该实施例中，所述变形导致垂直于衬底平面的晶格收缩，所述收缩导致观察到的颜色移向更短波长，例如红色移向绿色，绿色移向蓝色。在本实施例中，将所述孔定位为使得其落在所述文件的中心轴线内，以使得当鉴别者围绕中心轴线弯曲该文件时，在文件的孔区域中发生最大变形以及颜色变化。本发明的优点在于，当变形弹性光子晶体时，观察到动态的色变。在图8的实施例中，当围绕中心孔弯曲所述装置时，从红色到绿色的初始色变位于变形最大的孔的中心区域，随着文件被进一步弯曲，变形朝向所述孔的边缘向外增加，并且观察到绿色能带移向孔的边缘。如果文件被弯曲至充分高的曲率半径，所述孔的中心区域将从绿色转变为蓝色。当装置在其变形状态时也可观察到一角度相关的色移，例如随着衬底在其初始变形状态中被倾斜，角度相关的色移可从绿色变为蓝色。当去除变形时，光子晶体层将回复到其初始颜色，并且因此鉴别过程是可逆的。伴随着变形的颜色改变为安全装置提供了交互式成分，该安全装置对于公众是难忘的并且也难于被伪造。

在对于图8中所涉及的实施方案的一替代性实施方案中，弹性光子晶体薄膜可被载体层支撑，以方便将其引入到纸文件中。弹性光子晶体层可作为涂层薄膜被直接形成到载体衬底上，或者形成为单独的薄膜，然后被层压至载体衬底。载体衬底可包括附加的安全特征，该附加的安全特征包括脱金属的图样、与高反射层(诸如金属层等)或者与高折射率材料(诸如ZnS)的薄透明层相结合的全息图案、印刷标记、荧光或磁性材料、以及带有安全图样的粗压印(coarseembossing)，所述安全图样可以或者是盲压印的以产生可触知/可见的特征或者可包括印刷油墨以进一步增强可视性。以这样的方式，在安全装置的任一面都可观察到不同的安全特征。

在再一实施方案中，本发明的安全装置可构造为使得在安全装置的各个表面上观察到不同的色移效应。这可通过将带有不同光学特征的两个光子晶体薄膜层压到一起，或者通过改变光子晶体薄膜在薄膜厚度上的光学特征而实现。

例如，就球体和基质而言，两弹性光子晶体薄膜可由相同材料制成，但是它们的光学特征由于球体尺寸的差异而不同。图9示出了包括用层压粘合剂粘结在一起的两个弹性光子晶体薄膜的安全装置的剖面图。所述层压粘合剂包括暗色染料或着色粉，使得其也可充当吸收层。通过将磁性着色粉引入层压粘合剂，或者施加附加的磁层到一个或两个弹性光子晶体薄膜的内表面上，可使得所述装置机器可读。可将粘合剂施加到装置的外表面从而提高对安全文件的粘附性。所述安全装置被引入文件中，使得至少在局部区域中，安全装置被暴露在安全文件的两个表面上。在该实施例中，第一和第二弹性光子晶体薄膜都包括在聚丙烯酸乙酯基质中交联的聚苯乙烯的球体。在球体和基质之间存在聚甲基丙烯酸甲酯夹层以确保相容性。所制造的所述弹性光子晶体材料呈现面心立方晶体结构，并且(111)平面平行于薄膜的表面。第一个弹性光子晶体薄膜具有282nm的球体尺寸，并且当以法线入射角度在反射光中观察时，呈现为红色；并且当相对于衬底平面以斜入射角观察时，呈现为绿色。当变形安全装置并且以法线入射角度观察时，所述装置的颜色从红色变为绿色，并且随着装置在其变形状态中被倾斜，所述装置的颜色移向蓝色。第二弹性光子晶体薄膜具有259nm的球体尺寸，并且当以法线入射角度在反射光中观察时呈现为黄色，并且当相对于衬底平面以斜入射角观察时呈现为蓝色。当变形安全装置并且在法线入射角度观察时，所述装置的颜色从黄色变为蓝色，并且随着装置在其变形状态中被倾斜而移向紫色。

在图9中的安全装置被引入文件中，使其与文件中的孔相重合。鉴别者从孔的相对的两面观察时，将不仅观察到不同的角度相关性色移，并且在例如通过弯曲、戳或者按压将孔变形时，也观察到不同的光学响应。

通过局部改变弹性光子晶体薄膜在薄膜厚度上的光学特征，使用单层的弹性光子晶体薄膜也可在安全装置的任一表面上产生不同的色移效应。例如，球体尺寸可以在薄膜的厚度中变化。这种变化可通过在弹性光子晶体薄膜的形成过程中，控制球体的组装而引入。替代地，如果通过聚合物挤压制造所述薄膜，那么可以用不同的球体尺寸来制造两种包括球体和基质的聚合物混合物。所述的两种聚合物混合物可接着被共挤压成单个聚合物薄膜，形成一晶体结构，在该晶体结构中在薄膜中心的界面处存在球体尺寸的阶跃变化。

本发明的安全装置可被进一步定制，以增加伪造时的难度和/或提供标识信息。可在装置被引入进文件之前或之后进行定制过程。在一实施例中，通过将印刷的信息施加到弹性光子晶体薄膜，进行安全装置的定制。使用传统印刷方法中的任一种方法，可使弹性光子晶体薄膜印刷带有图像，该传统印刷方法例如是凹版、照相凹版、喷墨、胶版印刷、丝网印刷、染料扩散和苯胺印刷。所述印刷在单一颜色中可应用为单个印刷工序，或者在多个颜色中被应用为多个印刷工序。

在一优选实施方案中，图像被部分印刷在弹性光子晶体薄膜上以及部分印刷在衬底上，引入所述装置以使得所述图样在两个表面之间连续未被中断。在再一个实施方案中，所印刷图像的颜色中的一种匹配弹性光子晶体薄膜的转换颜色中的一种。例如，在按压所述装置时，如果弹性光子晶体薄膜从红色转变为绿色，那么在法线入射处，任何红色印刷信息将基本上是不可见的，但是当样品被按压时，由于印刷信息的静态红色与光学可变光子晶体薄膜的绿色形成对比，该红色印刷信息将变得可见。以这样的方式，可形成潜像安全特征。

图10示出根据本发明的另一实施例，其中安全装置作为一表面应用片被引入文件中。红色标识图像被印刷为使得其一部分在衬底上，另一部分在安全装置上。当在法线入射角度观察衬底时(图10a)，安全装置呈现为红色，并且将安全装置上的印刷信息饱和，使得只有在衬底上的印刷信息是可见的。通过按压安全装置或者倾斜衬底来显示印刷信息。当倾斜衬底时，弹性光子晶体从红色转变为绿色，当按压所述装置时，弹性光子晶体也从红色转变为绿色，并且随着压力进一步增加，弹性光子晶体从绿色转变为蓝色。在这两种情况下，红色印刷的信息将被显示在安全装置上，并且连同衬底上的印刷信息，将形成一完整的图像(图10b)。第二绿色标识图像也可被印刷在安全装置上，所述绿色图像在以法线入射角度观察时将是可见的，但是当倾斜样品时，由于被弹性光子晶体的绿色饱和，绿色图像将消失。当按压所述装置时，随着装置从红色转变为绿色，绿色图像初始时将消失(图10b)，但是随着压力的增加，所述绿色图像将随着装置从绿色转变为蓝色而重新出现(图10c)。

在图10中的样品中的安全装置具有许多安全方面：首先，倾斜时的色移；其次，施加外部刺激时的色移；以及第三，存在的两个潜像，通过倾斜可将两个潜像交替打开或关闭，但是也可通过按压所述装置将其同时打开。

作为印刷普通彩色油墨的替代，也可印刷功能性油墨。对于功能性油墨，我们指的是响应于外部刺激的油墨。这种类型的油墨包括但不限于荧光油墨、磷光油墨、红外吸收油墨、热致变色油墨、光致变色油墨、磁油墨、电致变色油墨、导电和压电变色的油墨。

除了功能性油墨外，也可将其他光学效应油墨印刷到弹性光子晶体薄膜上。光学效应油墨包括由Sicpa销售的

和其他光学油墨包括含有彩虹色、iriodine、珍珠色、液晶和基于金属的着色粉。

在再一实施方案中，通过将凸起线结构压印到弹性光子晶体薄膜，可定制安全装置。将凸起线结构压印到弹性光子晶体薄膜中是尤其有利的，因为由压印所产生的刻面导致入射光的入射角度变化，由于弹性光子晶体薄膜的颜色取决于观察角度，从而产生不同颜色的刻面。对弹性光子晶体薄膜使用凸起线结构具有两个安全方面：首先是由该线结构所产生的光学可变特征；其次是形成一些呈现出与背景薄膜不同的色移的局部区域。

例如，如果将装置倾斜偏离法线入射时，弹性光子晶体装置呈现绿色到蓝色的色移，则当在法线入射角度观察时，压印的和未压印的区域将呈现为绿色。当倾斜该装置时，随着装置被倾斜，未压印和压印的区域将在不同的观察角度从绿色变为蓝色。而且，如果装置包括压印线结构的取向不同的区域，那么随着装置被倾斜，各个区域将在不同的观察角度下从绿色转变为蓝色。同样地，通过在光子晶体薄膜平面中旋转所述装置，随着压印结构的取向相对于观察者变化，在旋转中所述压印区域将在不同点处从绿色转变为蓝色或者反过来。

使用压印凸起线结构的再一优点是，所述结构具有能够通过触摸被识别的凸起表面。光子晶体薄膜的光滑表面进一步增强了这些凸起结构的触感。

所述压印线结构可采用任何方便的形式，包括直的(直线的)或者弯曲的，诸如完整的圆，或圆的部分弧，或者正弦波的部分。所述线可以是连续的或者非连续的，并且，例如由虚线、点或者其他形状形成。对于其他形状一词，我们指的是点或虚线可以具有图形形式。线的宽度通常在10～500微米的范围内，优选为50～300微米内。优选地，所述各个线对于裸眼几乎是看不到的，总的视觉印象由多条线的阵列给出。所述线可限定任何形状或形式，诸如方形、三角形、六边形、星形、花形或者诸如字母或数字的标记。

所述压印线结构优选地在热和压力下通过将压印板施加到弹性光子晶体薄膜而形成。优选地，所述压印过程在凹版印刷过程中进行，并且所述压印过程使用具有限定了线结构的凹槽的凹版印板来进行。优选地，所述弹性光子晶体薄膜是被盲压印的，即，所述凹槽不注满油墨。然而，也可能的是，所述限定压印结构的凹槽中的一些凹槽被注满油墨，而其他剩下的凹槽不注满。可在相邻于安全装置的衬底区域上使用相同的凹版进行进一步的凹版印刷或盲压印，从而在不同区域之间实现精确重合。

图11示出一安全衬底的实施例，所述安全衬底包括本发明的安全装置，其中通过在将弹性光子晶体薄膜施加到基座衬底之后，将所述薄膜压印从而定制所述弹性光子晶体薄膜。在该实施例中，所述弹性光子晶体薄膜已经以与图8中所提到的以及EP 1141480中所描述的相同方式被引入纸质衬底中。图11示出该装置于其上完全暴露的纸质衬底的前表面。所述装置也被暴露在后表面上的孔区域中。在该实施例中，当偏离法线入射而倾斜时，所述弹性光子晶体薄膜呈现出红色-绿色的色移，当戳该装置时，呈现红色到绿色再到蓝色的色移。由各个组的基本平行的凸起线所形成的压印线结构限定数字“5”。除了由未压印结构所呈现的角度相关和压力相关的色移之外，所述压印区域向装置提供附加的光学可变方面。当在法线入射角度观察时，所述压印和未压印区域都呈现为红色。

当偏离法线入射而倾斜衬底时，并且沿观察方向Y观察使得所述线与入射光方向成90°延伸时，由于由凸起线的边缘引起的占优势的反射光，所述数字“5”几乎瞬间从红色转变为占优势的绿色。相反地，未压印区域在相对于平面衬底成更大的入射角度时从红色转变为绿色。在其处发生颜色变换的观察角度出现差异，是因为当垂直于衬底观察时，入射到边缘区域上的光的有效入射角度大于入射到平直的未压印区域上的光的入射角度。如果将所述装置旋转90°，使得沿平行于压印线方向的观察方向X观察该装置，然后当倾斜该衬底时，压印和未压印区域都在基本相同的观察角度从红色转变为绿色，因为所述线的边缘反射很少的光。

如果压印线使得边缘区域的大部分以与基面衬底成约45°的角度延伸，那么当将衬底偏离法线入射而倾斜，并且沿垂直于所述线的方向观察时，将如上所述发生几乎瞬时的从红色到占优势的绿色的转变。然而，当进一步倾斜衬底时，在边缘区域上入射的光的入射角度将更靠近法线入射移动，导致重新转变为红色，实际上呈现出相反的色移。

在再一实施方案中，通过将非衍射线结构压印到弹性光子晶体薄膜，进行定制所述安全装置。非衍射线结构是一种凸起线结构的实施例，其在入射光的角度变化时，产生一种光学可变效应，但是其中该效应不是由于干涉或衍射而造成的。基于非衍射线结构的安全装置在现有技术中是公知的，例如WO9002658描述了一种安全装置，在该装置中一个或多个暂时图像被嵌入到反射表面中。WO9820382公开了另一种安全装置，在该安全装置中一组在其中线以彼此不同的角度延伸的单元面积构成各个图像像素。US 1996539公开了一种装饰装置，其中起伏结构(relief structure)被形成在表面中并且具有光学可变效应。WO 2005080089公开了一种安全装置，所述安全装置具有在衬底的反射部分中由线结构所限定的片段，这导致随着入射角度改变，入射光被非衍射地反射。

在一替代性实施方案中，安全装置进一步包括诸如全息或衍射光栅等的光学可变装置。这些装置通常被形成作为衬底中的起伏结构，所述起伏结构接着被设置一反射涂层，以增强装置的重新显示。在本发明中，所述弹性光子晶体可充当反射涂层，并且所述起伏结构可被直接压印到弹性光子晶体薄膜中，或者被压印到一施加到弹性光子晶体薄膜上的压印漆中。替代地，所述装置可以被设置带有敷金属层，随后将起伏结构压印到在该敷金属层上的压印漆上。以这样的方式，所述装置包括两个横向间隔区域，一个区域呈现出弹性光子晶体薄膜的色移特性，一个区域呈现出全息装置的光学可变特性。替代地，所述敷金属反射涂层可被替换为透明的反射增强材料，例如诸如ZnS等的高折射率材料的薄层。在这种情况下，弹性光子晶体材料的色移特性和全息装置的光学可变特性在装置的所有区域中都是可见的，尽管所述全息装置的光学可变特性仅在特定观察角度是可见的。

在本发明的另一实施方案中，可通过将散射层施加到弹性光子晶体薄膜而定制所述安全装置。在一优选实施方案中，所述散射层采用无光的清漆(matt varnish)或者漆的形式。在本公开文本中，无光的清漆或者漆是一种通过散射从其上反射的光来降低弹性光子晶体薄膜的光泽的材料。一种合适的无光的清漆的实施例是一种在有机树脂中的精细颗粒的悬浮液。当光穿过清漆时，所述表面颗粒散射光，形成一无光外表。适合本发明的清漆是由Hi-Tech Coating Ltd.公司供应的“Hi-Seal O 340”。在一替代性溶液中，该精细颗粒可以用有机蜡代替。作为另一替代，散射层可通过将一无光结构压印进光子晶体层的表面而形成。在WO 9719821中描述了合适的压印无光结构。散射层修改弹性光子晶体层的色移特性。

散射层改变了弹性光子晶体薄膜的表面，使得所述反射现在更加弥漫，降低了弹性光子晶体薄膜的光泽，并且改变了安全装置的各个色彩在其内容易被鉴别者观察到的角度范围。例如，如果在倾斜时弹性光子晶体材料呈现红色到绿色的色移，相比于没有散射层的区域，带有散射层的区域在更加接近于法线入射时发生红色到绿色的转变。

定制所述安全装置的另一种方法是使用两个或更多个不同颜色的吸收层。这种实施方案的实例在图12和图13中示出。图12示出适合用做表面条或片的安全装置的构造的剖面图。所述装置包括载体衬底，其可被施加以释放层，在所述释放层上施加弹性光子晶体薄膜。红色的局部吸收层被以图样形式施加在弹性光子晶体薄膜上，并且第二黑色吸收层被施加到所有的局部吸收层上。一粘合剂层被施加到黑色吸收层。所述装置接着被转移到诸如钞票(图13)等的安全文件。在转移之后，可去除所述载体条，使得所述弹性光子晶体薄膜暴露或者替代地使得载体层留在原处以形成外部保护层。通过为局部吸收层选择合适的颜色，由该吸收层所限定的图案在某些观察角度或变形状态中是可见的，而在其他情况下是不可见的。在该实施例中，所述弹性光子晶体薄膜在法线入射处透射除了红色之外的所有波长。因此，在法线入射时，所述由红色局部吸收层所形成的图样对于呈现均匀红色的装置是不可见的，但是当倾斜或者变形(例如通过按压或者弯曲)该装置时，带有和不带有局部吸收层的弹性光子晶体区域可观察到不同的色移，从而显示所述图样。所述图像的显示是除两种不同的光学可变效应之外的在有和没有外部刺激的情况下所观察到的。

在本发明的另一实施方案中，可通过在薄膜中提供间隙以使得在局部区域中下面的层是可见的，以此来定制弹性光子晶体薄膜。通过以局部方式将弹性光子晶体薄膜转移或涂覆到载体衬底上，可提供间隙。替代地，可在工艺的稍后阶段中，例如通过激光烧蚀一个完全成形的弹性光子晶体薄膜来形成所述间隙。图14示出包括载体衬底的装置，在所述载体衬底上已施加了一弹性光子晶体薄膜已转移到其上的红色的局部吸收层。使用激光，以在弹性光子晶体薄膜中形成标识图像形式的间隙。在该实施例中，所述弹性光子晶体薄膜在法线入射处透射除了红色之外的所有波长。因此，在法线入射时，间隙和弹性光子晶体薄膜都呈现为红色，因此由间隙所限定的标识信息是不能从背景中辨识的。当变形所述装置时，光子晶体薄膜从红色转变为绿色，但是，那些暴露下方的吸收层的间隙将仍然呈现为红色，以这种方式，通过倾斜或者变形所述装置，使所述标识图像显现出来。所述图像的显示是除两种不同的光学可变效应之外的在有和没有外部刺激的情况下所观察到的。

图15示出另一实施例，其中在弹性光子晶体薄膜中存在多个间隙。图15中的装置包括已被转移到基本透明的载体衬底上的弹性光子晶体薄膜。替代地，可使用自撑式弹性光子晶体薄膜，而无需载体衬底。所述弹性光子晶体薄膜与参照图9所描述的相同，并且碳纳米颗粒已被引入光子晶体结构中以形成基本不透明的薄膜，该基本不透明的薄膜当不施加外部刺激在法线入射角度观察时具有强红色。使用激光在弹性光子晶体薄膜中形成标识图像形式的间隙。标识图像从两面都是清晰可见的，尤其在透射光中，因为在已被去除的基本不透明弹性光子晶体薄膜的区域和剩下的不透明区域之间形成对比。在图15中所示出的安全装置展现出两种视觉上对比的安全特征：首先是光子晶体层的光学效应，其次是在透射中从所述装置的任一面都可清晰看见的标识图像。

在本发明的再一实施方案中，可选择光子晶体材料，以使得一旦施加外部刺激，反射光就在电磁频谱的非可见波长内。使用其中仅色移的一成分位于电磁频谱的可见区域内的弹性光子晶体，能够使要被引入装置的图像仅在施加或去除外部刺激时才是可见的。

图16示出本发明的安全装置的又一实施方案的剖面图。所述装置旨在用作安全标签并且包括一个其上印刷有识别标记的弹性光子晶体薄膜，所述识别标识使用油墨或染料来印刷。粘合剂层被施加到装置的一面，并且在该粘合剂层上施加玻璃纸载体层。所述玻璃纸层允许标签被容易地去除，用于再施加至文件或者需要保护的其他物品。

图17示出被施加到衬底的标签装置。所述玻璃纸层首先被去除以暴露粘合剂层。标签装置然后被施加到衬底；所述使用的粘合剂可以是压敏的或者热熔性的粘合剂，并且可能是永久的或者暂时的。暂时的粘合剂可以用于当标签需要被去除并且重新应用到其他物体的地方。然而，更可能的是，所述标签必须以永久方式应用。为了防止将永久施加标签去除和重新应用，所述标签可设置有其他使伪造明显的特征，诸如易碎的衬底层、压边切口(kiss cut)等。

弹性光子晶体薄膜包括在聚丙烯酸乙酯基质中交联的聚苯乙烯的球体。聚甲基丙烯酸甲酯夹层被布置在球体和基质之间以确保相容性。所产生的弹性光子晶体材料呈现出面心立方体晶体结构，并且其(111)平面平行于薄膜表面。碳纳米颗粒已被包括进光子晶体结构中，使得当在法线入射角度观察而不施加外部刺激时，所述薄膜具有强蓝色。所述识别标记以蓝色印刷，使得当在法线入射角度观察该装置时，所述标记相对于弹性光子晶体薄膜的背景色不是轻易可看见的。当倾斜所述装置而不施加外部刺激时，由光子晶体薄膜所反射的光从蓝色变为不可见的紫外线，并且由于存在碳纳米颗粒，所述薄膜将呈现为黑色。当装置被倾斜时，随着背景从蓝色变为黑色，所述用蓝色印刷的识别标记被显现出来。当通过弯曲、按压或者伸展将所述安全装置变形，并且在法线入射角度观察时，由于反射光从蓝色变为不可见的紫外光，所述装置的颜色从蓝色变为黑色，其中由于存在碳纳米颗粒而再次呈现黑色外观。以这样的方式，当施加外部刺激时，显示蓝色识别标记。如果该实施例中的装置在其变形状态中被倾斜，其在可见光中的外观将不会改变，但是反射到可见范围外部的光的波长将会改变。这种随着观察角度的改变而改变的反射UV光的波长可为所述设备提供对于裸眼而言是不可见的机器可读方面。

在另一实施方案中，光子晶体薄膜被套印或者压印有第一精细线阵列，所述光子晶体薄膜在其变形状态中反射电磁频谱的非可见波长的光。第二精细线阵列被定位在安全装置的下方，作为吸收层或者附加印刷层的一部分。当所述装置被变形时，所述弹性光子晶体薄膜透射所有的可见光并且是足够透明的，使得第一和第二线阵列结合产生可见的波纹图案，优选地以标识图像的形式。

在图18和19中所示出的对于图16和17的实施例的改型中，弹性光子晶体薄膜包括一如下光子晶体：当从法线入射观察时所述光子晶体仅反射红外光，而当施加外部刺激时反射可见光。在施加外部刺激之前，随着装置被倾斜，所述装置从反射红外光转变为反射可见红光。图18是一安全装置的剖面图，并且包括其上印刷有黑色的吸收层的聚合物载体衬底。接着将弹性光子晶体薄膜转移到吸收层上，并且该弹性光子晶体薄膜被套印带有绿色的标识图像。在该实施例中，光子晶体未掺杂有碳纳米晶体，但是吸收层的存在意味着仅仅光的反射波长才被看作一种颜色。粘合剂层被施加到装置的一面上，并且在该粘合剂层上施加有玻璃纸载体层。

图19示出该装置的平面图。当不施加外部刺激而在法线入射角度观察图18和19中所示出的装置时，弹性光子晶体薄膜将呈现为无色的，并且因此所述装置将呈现在下面的吸收层的黑色外观。绿色标识图像相对于黑色背景将是可见的(图19a)。当倾斜装置时，不施加外部刺激，由光子晶体薄膜所反射的光将从不可见的红外光变为可见的红光，并且所述安全装置将从黑色转变为红色，同时绿色标识图像仍可被观察到。当通过弯曲、按压或者伸展将所述安全装置变形，并且在法线入射角度观察时，所述装置的颜色初始将从黑色变为红色，并且在红色背景上观察到绿色的标识图像(图19b)。随着变形等级的增加，垂直于衬底平面的光子晶格进一步收缩，并且所观察到的颜色移向更短波长，并且所述装置呈现为绿色。在变形过程中，标识图像的颜色保持稳定(即绿色)，并且因此当鉴别者将样品变形时，他/她首先在黑色背景上观察到绿色图像(图19a)，然后在红色背景上观察到绿色图像(图19b)，然后看到所述绿色图像消失在均匀的绿色背景中(图19c)。以这样的方式，制造出高交互性的安全特征，所述安全特征对于鉴别者而言既是显著的也是难忘的。

在本发明的再一实施方案中，弹性光子晶体薄膜的机械特性可在局部区域内被改变，使得在垂直于安全装置平面的晶格间距中的收缩程度在装置内变化。这导致形成一些当装置被变形时呈现不同色移效应的多个横向间隔区域。机械特性的变化可采用在聚合物弹性光子晶体薄膜的硬度的局部变化的形式，例如，通过改变弹性光子晶体薄膜中的交联密度而实现。相比于低交联密度的区域，高交联密度的区域将需要更高变形以实现相同色移。在图20的实施例中，聚合物弹性光子晶体薄膜包括区域A和区域B。区域A比区域B具有更高的交联密度。当不施加外部刺激在法线入射角度观察在图20中所示的装置时，弹性光子晶体薄膜的区域A和B将呈现出均匀的红色(图20a)。当初始变形光子晶体薄膜时，由于交联密度高而具有高硬度的弹性区域A，因为晶格间距中可以忽略的收缩，将保持为红色。由于交联密度较低而硬度较小的区域B，因为晶格间距中的明显收缩，将从红色转变为绿色，并且将显示绿色星形的图像(图20b)。如果变形的等级增加，区域A将最终从红色转变为绿色，并且区域B将从绿色转变为蓝色(图20c)。在变形状态中，区域A和区域B内的所有点都将呈现角度相关的色移。

在关于图20所讨论的替代性实施方案中，通过局部变化弹性光子晶体薄膜的厚度，可实现机械特性的变化。弹性光子晶体薄膜的较薄区域比较厚区域更加容易变形，因而较薄区域将在更低的变形等级中变换颜色。如果通过涂覆方法形成弹性光子晶体薄膜，可容易地提供厚度上的局部变化。替代地，可通过压印提供厚度减少的区域。

在所有的实施例中，由例如光子晶体薄膜、吸收层或者定制层等层中的任一层所形成的图样或者标识图像可以采用任何形式。优选的是，所述图样是图像的形式，诸如图案、符号和文字数字式字符及它们的组合。所述图样可被包括实心的或者不连续区域的图案所限定，所述不连续区域可包括，例如线图案、精细银丝线图案、点结构和几何图案。可能的字符包括非罗马字体中的字符，其实施例包括但不限于中文、日文、梵文和阿拉伯文。

Claims (61)

1.一种包括光子晶体的光学可变安全装置，所述光子晶体在接收到入射光时产生第一光学效应，并且当所述装置受到外部刺激时，所述光子晶体产生不同于第一光学效应的第二光学效应，其中所述第一和第二光学效应中的至少一个是可在一组方向中观察到的、并且是由晶体选择性地反射或透射的光所引起的光学可变效应。

2.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述第一光学效应包括第一和第二光学可变效应；所述第二光学效应包括第一和第二光学可变效应。

3.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光学可变效应可在所述一组方向上观察到。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，其中当所述装置被一白色光源照明时，所述第一和第二光学可变效应是彩色效应。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，其中所述第一光学可变效应是第一个角度相关的彩色效应，所述第二光学可变效应是不同于第一个角度相关的彩色效应的第二个与角度相关的彩色效应。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，其中所述第一和第二效应是反射效应。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，其中所述装置被布置使得所述效应对于人类观察者的裸眼是可见的。

8.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，其中所述或各个光学可变效应取决于晶体相对于入射光的取向。

9.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，其中所述或各个光学可变效应根据晶体的观察角度而变。

10.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，其中所述光学可变效应中的一个或多个的部分是在电磁频谱的红外或紫外部分中。

11.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体包括准晶体。

12.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述外部刺激是机械、热、化学、电子、磁、电磁或超声刺激中的一种或多种。

13.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中施加所述刺激导致在晶体结构内的一个或多个折射实体的周期性间距产生变化。

14.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中施加所述刺激导致在晶体结构内的一个或多个折射实体的折射率变化。

15.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体被布置为使得一旦所述刺激被去除或者施加相反刺激，在晶体上的刺激的所述效应是可逆的。

16.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体包括弹性组件，使得可通过将力施加到所述安全装置，来施加所述刺激。

17.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光是紫外、可见或红外光中的一种或多种。

18.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体由第一材料的球体和第二材料的基质制成，各种材料具有各不相同的折射率。

19.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体的结构参数在所述晶体内的不同位置处不相同，从而产生不同的相应的光学特性。

20.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体由具有不同光学可变特性的两个或更多个晶体结构形成。

21.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体作为自撑式薄膜被提供。

22.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体被衬底或载体层支撑。

23.根据权利要求22所述的光学可变安全装置，其中所述衬底或载体层是聚合物层。

24.根据权利要求1或2所述的光学可变安全装置，其中所述安全装置在其一个或各个外表面上设置有粘合剂层。

25.根据权利要求1或2所述的光学可变安全装置，进一步包括散射层。

26.根据述权利要求1所述的光学可变安全装置，进一步包括被设置作为施加到所述装置的一个或多个层的光学吸收材料。

27.根据权利要求26所述的光学可变安全装置，其中所述吸收材料在光波长上选择性地吸收。

28.根据权利要求26或者权利要求27所述的光学可变安全装置，其中所述吸收材料是油墨或染料。

29.根据权利要求1或2所述的光学可变安全装置，其中所述装置进一步包括敷金属层。

30.根据权利要求29所述的光学可变安全装置，其中所述敷金属层在许多位置处被选择性地脱金属。

31.根据权利要求29所述的光学可变安全装置，其中所述装置进一步包括在敷金属层上的抗蚀剂层。

32.根据权利要求31中任一权利要求所述的光学可变安全装置，其中所述敷金属层或抗蚀剂层被布置作为标记。

33.根据权利要求1或2所述的光学可变安全装置，其中所述装置被布置为机器可读的。

34.根据权利要求33所述的光学可变安全装置，其中所述装置的至少一层或者所述光子晶体进一步包括机器可读材料。

35.根据权利要求33所述的光学可变安全装置，其中所述装置进一步包括包含有机器可读材料的单独的层。

36.根据权利要求34或权利要求35所述的光学可变安全装置，其中所述机器可读材料是磁性材料。

37.根据权利要求34或权利要求35所述的光学可变安全装置，其中所述机器可读材料包括响应于外部刺激的材料。

38.根据权利要求35所述的光学可变安全装置，其中所述机器可读层是基本透明的。

39.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，进一步包括在晶体结构中形成的光学吸收材料。

40.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，进一步包括在晶体结构中的纳米颗粒。

41.根据权利要求40所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体进一步包括在晶体内基本均匀分布以使所述晶体的各个部分呈现出基本相同的光学效应的纳米颗粒。

42.根据权利要求40所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体进一步包括在晶体内不均匀分布以使得所述晶体的不同部分呈现出基本不同的光学效应的纳米颗粒。

43.根据权利要求40所述的光学可变安全装置，其中所述纳米颗粒根据浓度梯度来分布。

44.根据权利要求42所述的光学可变安全装置，其中所述纳米颗粒被分布在具有不同浓度的许多区域中。

45.根据权利要求40所述的光学可变安全装置，其中所述纳米颗粒是碳纳米颗粒。

46.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，其中所述装置被布置为产生一根据观察角度选择性可见的潜像。

47.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体的表面被压印有凸起结构。

48.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体装置的表面是被套印的。

49.根据权利要求1或权利要求2所述的光学可变安全装置，其中所述安全装置进一步包括全息图。

50.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述晶体是弹性光子晶体。

51.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中所述光子晶体被提供作为聚合物薄膜。

52.根据权利要求50所述的光学可变安全装置，其中所述弹性光子晶体的机械特性被布置为在各个局部区域内不相同。

53.根据权利要求1所述的光学可变安全装置，其中，在去除所述刺激之后，所述刺激在晶体上的效应保留一延迟时间。

54.根据权利要求1或2所述的光学可变安全装置，包括其寿命受外部刺激影响的光致发光颗粒。

55.一种包括根据权利要求1或2所述的安全装置的安全文件，其中所述安全装置被附到或者基本包含在所述安全文件中。

56.根据权利要求55所述的安全文件，其中所述装置被嵌入在一文件窗口内，从而提供用于接收文件的各个相对面上的入射光的晶体表面。

57.根据权利要求55所述的安全文件，其中所述装置被重叠在、施加到附加安全特征上，或者构成附加安全特征的一部分。

58.根据权利要求55所述的安全文件，其中所述安全装置被支撑在一透明层上。

59.根据权利要求55所述的安全文件，其中所述安全装置被设置为凸出部，使得所述装置或附着到所述装置的一部分可被使用者抓住并被弹性变形，从而施加所述刺激。

60.根据权利要求55所述的安全文件，其中以从下列组中选择的一种形式提供所述安全装置，所述组包括安全线、安全纤维、安全片、安全带、安全条或者安全箔片。

61.根据权利要求55所述的安全文件，其中所述安全文件是钞票。

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