CN101896363A - 光子晶体安全装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种形成光学可变安全装置的方法。在该方法中，提供一种光子晶体材料，在该材料上执行一过程，该过程导致材料变形从而形成第一区域(A)和第二区域(B)，由于该第一区域，由晶体材料所接收的入射光被选择性反射或透射以产生第一光学可变效应，由于该第二区域，所接收的入射光产生一光学效应，该光学效应不同于第一光学可变效应。还公开了具有第一区域和第二区域的相应装置。

Description

光子晶体安全装置和方法

技术领域

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。

背景技术

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US4186943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促使所述球体有序化，从而形成这种光子晶体。一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。

已研发出对于该技术的进一步改进，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反蛋白石或倒像蛋白石(inverse or inverted opals)材料。在此，首先用合适的基质材料填充二氧化硅球体之间的区域，然后用化学方法溶解所述二氧化硅以产生一种由均匀基质包围的空气球体或空隙的阵列组成的系统。

在WO 03062900和US 20050228072中描述了使用光子晶体产生角度相关的彩色反射。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。

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导：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。

发明内容

根据本发明的第一方面，我们提供了一种光学可变的安全装置，其包括至少两个区域，每个区域包括一种光子晶体材料，其中在第一区域中，晶体所接收的入射光被晶体选择性反射或透射以产生第一光学可变效应，在第二区域中，由晶体所接收的入射光被晶体选择性反射或透射以产生一光学效应，该光学效应不同于所述第一光学可变效应。

该光学效应可产生一种非光学可变效应，诸如反射所有波长的入射光。然而，所产生的光学效应也可以是与第一光学可变效应不同的第二光学可变效应。

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。

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。

第二区域的光学效应可通过如下方法形成：即，改变用于球体和/或基质的材料，使其不同于用于第一区域的材料，或者通过使用与第一区域相同的材料，但是局部改变所述球体的尺寸。

第二区域的光学效应可通过如下方法形成：即，在光子晶格中形成无序区域，从而产生由非乳白色区域部分分割的光学可变区域(乳白色)。所述晶体有序度的退化可通过各种方式实现，包括在光子晶体中纳入一些尺寸分布范围很宽的球体；在光子晶体材料中纳入额外的局部扰乱有序度的材料；和/或使用非最佳处理参数形成光子晶体材料。非乳白色区域也可通过施加压力以局部扰乱晶体结构来形成，例如通过压印或热冲压。

或者，光子晶格可在其初始形成状态下呈现出“非最佳”的有序度，其形成所述安全装置的第二区域。接下来，所述安全装置的第一区域通过产生光子晶格有序度增强的区域而被形成。该增强的有序度可在施加热量和压力达到如下足够水平的情况下发生：使得球体可在基质内进行剪切流动但是球体自身不变形。

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。同样地，光子晶体可被布置为选择性地反射在光谱的非可见部分的光(包括紫外和红外)。当通过白光(宽波长带)光源产生光时，优选地，所述第一光学可变效应和第二光学效应是彩色效应。

虽然第一和第二效应被优选观察为反射效应，但也设想了透射效应。

所述光子晶体可被提供为多种形式，诸如作为一自撑式层(self-supporting layer)。或者，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有一个或多个这样的粘合剂层。

所述光学可变安全装置可进一步包括，作为施加到装置上的一个或多个层被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于晶体结构自身中。还设想了这两者的结合。对这种吸收材料的包含，可被用于为观察者增强光学效应，或者被用于借助于吸收材料(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——优选在空隙位置中——的纳米颗粒，所述光学特性也可附加地或替代地被进一步改变或者增强。纳米颗粒可基本均匀地分布在晶体中，使得晶体的每个部分呈现出基本相同的光学效应。或者，纳米颗粒可不均匀地分布在晶体中，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而分布。纳米颗粒也可被分布在许多具有不同浓度的区域中。

所述光学可变安全装置可进一步包括敷金属层(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所述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。也设想了所述层的透射视图。

还优选地，所述装置被布置为机器可读的。这可通过许多方式实现。例如所述装置的至少一层(或者作为一单独的层)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，当将机器可读的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，从而提供用于接收在所述文件的相反的面的每一个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。

聚合物基的光子晶体材料尤其适合用于本发明，其通常包括既用于基质也用于球体的聚合物材料。适合于本发明的聚合物光子晶体的典型实施例在US 20040131799、US 20050228072、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。

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。

适合用于形成基质的材料包括可聚合不饱和单体的加聚物(addition polymer)和共聚物，也包括含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。

可被更轻易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。所述用于基质和用于球体的聚合物可被选择，以最大化折射率差异。所述折射率差异应至少是0.001，但是更优选地大于0.01，并且还更优选地大于0.1。

非聚合物材料也被设想用于球体和基质，并且它们可以是无机的或者金属的或者混合复合材料。

所述光子晶体层的两个对比区域可通过修改所述光子晶格的特征而建立。全部或部分光子带隙的存在导致对于入射/传播的具体方向，特定波长被排除，这起因于在形成光子晶体的基质和球体之间的折射率的差异。增加在球体和基质之间的折射率的差异，增加了所观察到的颜色和色移的强度，并增加了其中特定波长被排除在外的入射传播方向的数目。

两个对比的色移区域可通过对光子晶体层的两个区域的球体和/或基质使用不同材料来实现，从而改变折射率的差异以及所观察到的光学可变效应。

所述光子晶体层的光学特性也可通过如下方式被修改：即，改变在安全装置的局部区域中的晶体结构、晶体间距或球体尺寸。

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。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

作为一种一般性的指导，无论聚合物的类型如何，为了使晶体反射位于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。两个对比的光学可变区域可通过使用不同的球体尺寸形成所述光子晶体层的不同区域来实现。或者，在一个区域内，球体尺寸可足够大以扰乱晶体有序度，使得在该区域内，材料是非乳白色的，即，非光学可变的。

优选地，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聚合物薄膜的制造方法在本领域是公知的。例如，可使用标准的聚合物连续处理技术诸如在US20050228072和US20070178307中详述的轧制、压延、薄膜吹塑或者平膜挤塑来制造薄膜。在该过程中，在薄膜形成过程所施加的机械剪切力下发生球体的排列。一旦形成薄膜，所述基质就被冷却和/或交联——取决于聚合物系统——以固定所述球体的取向。

所述光子晶体材料的不同区域可在薄膜成形过程中形成。优选地，所述两个区域的形成在一连续过程中发生。在一个优选实施方案中，聚合物光子晶体薄膜通过一挤压过程被制造。在该情况下，聚合物树脂的经向侧面间隔带(longitudinal laterally spaced bands)，包括不同的球体和/或基质的组合，可通过如下方法来实现：即，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不同的聚合物树脂。或者，横向侧面间隔带可通过在所述过程中改变聚合物树脂来实现。

在一个实施方案中，聚合物树脂中的球体尺寸可沿着薄膜逐渐变化，以产生光学特性的逐渐变化，或者球体尺寸的变化可以是阶梯式的，以产生光学特性的急剧转变。

常见且公知的是，在聚合物薄膜的挤压中会出现一定程度的拖拽或粘着，在本发明中，这种拖拽可被控制以形成所述装置的所述区域中的一个。增加拖拽的一种方法是，在挤压模上形成多个纹理区域，相比于薄膜的不与所述纹理区域相接触的区域，这种方法产生了不同的光学效应——或者乳白色或者非乳白色。优选地，所述纹理图案沿着挤压的方向对齐。所述纹理的规模不受限制并且可以是本质上衍射的(具有小于10μm尺寸的结构)或者本质上非衍射的(具有10μm以上尺寸的结构)。非衍射结构的一个实施例是微-光学结构，并包括基于棱柱形、圆顶状、半球、六角形、正方形、圆锥体、梯形结构、立方体或其组合的几何形状。或者，非衍射结构可包括由具有优选在100-1000μm范围内的尺寸的粗线结构所构成的图像。

或者，可通过使用改善滑动的添加剂——诸如蜡——来修改经过挤压模的拖拽的程度。这种滑动添加剂可在挤压之前被添加至聚合物储存器。通过在聚合物储存器中提供一组分隔器，可将所述滑动添加剂以带状施加，使得滑动添加剂在相应的横向位置被供应通过挤压器，从而由于通过模的差异滑动，可在所形成的聚合物薄膜中实现有差异的光学效应。

如果光子晶体材料是经连续或半连续过程——诸如，挤压、薄膜吹塑、单轴向加压、轧制或压延中的一种或组合——所生产的聚合物薄膜形式，则所形成的光子晶体结构可通过改变在生产运行中的处理条件被改变。所述聚合物光子晶体是通过向核/壳颗粒施加机械剪切力而被形成的。例如，在生产过程中，应力的水平可以以一种受控方式被改变，使得光子晶体结构被改变以产生不同的光学效应。在一个实施方案中，所述应力通过实验被设置至一最佳水平，使得一个强的光学可变效应以一种强烈地依赖于角度的颜色变化形式被观察到。在所述过程中的受控点处，所述应力的水平被改变至非最佳水平，使得一定程度的无序被引入到晶体结构中。在经历所述应力的非最佳水平的区域中，光子晶体或者将不再是乳白色，从而将不再呈现出基于角度的颜色反射，或者仅是微弱的乳白色。以这种方式，光子晶体薄膜可被形成具有被基本非乳白色区域部分分割的光学可变区域。除了应力水平之外，在施加应力过程中的聚合物树脂的温度以及在薄膜一旦形成时的冷却速度也可被改变，远离最佳状态，以在薄膜内产生具有不同光学效应的区域。

根据本发明的第二方面，我们提供了一种形成光学可变安全装置的方法，包括：

提供光子晶体材料；以及

对所述材料执行一过程，该过程导致材料的变形从而形成第一区域，由于该第一区域，晶体材料所接收的入射光被选择性地反射或透射以产生第一光学可变效应；以及产生一第二区域，由于该第二区域，所接收的入射光产生一光学效应，该光学效应不同于第一光学可变效应。

第一区域可优选包括蛋白石状结构或反蛋白石状结构。蛋白石状结构可被限定为由基本相同尺寸的基本球形球体组成，其被布置为紧凑组合的(诸如，面心立方的)结构。所述球体的折射率与周围的固体、液体或气体不同，球体的尺寸大约是光的波长。

当在第一区域中存在反蛋白石状结构时，第二区域所产生的光学效应可以是非乳白色效应。在一些情况下，第二区域也可具有反蛋白石状结构，该结构不同于第一区域的结构。尽管光子材料在施加变形过程之前可具有蛋白石状结构，在一些情况下，在进行所述过程之前，也可使用反蛋白石状结构。这可利用一个沉淀(模板)过程被形成，并且可被提供为薄膜形式用于接下来应用的变形过程。

在许多情况下，光子晶体材料包括许多具有类似几何形状的物体，其由第一材料构成、位于与第一材料不同的第二材料的基质内。通常，在这种情况中的过程包括对所述材料执行第一过程，在该第一过程中，所述材料接受变形从而形成所述材料的第一区域和第二区域中的一个；以及，对所述材料执行第二过程，从而形成所述材料的第一区域和第二区域中的另一个，其中所述材料的第一区域导致由晶体材料所接收的入射光被选择性反射或透射以产生第一光学可变效应，而第二区域产生一光学效应，该光学效应不同于第一光学可变效应。

尤其有利之处在于，两个过程的结合——所述两个过程中的至少一个包括变形——提供了第一区域和第二区域的形成，所述区域中的第一个至少呈现出光学可变效应。尽管原则上可使用许多不同的材料和物体形状来实施本发明，但对于第二方面优选地，所述物体是由第一聚合物构成的球体且所述基质包括第二聚合物，所述第二聚合物不同于第一聚合物。我们在此也注意到，此处对于第一过程和第二过程的引用不必然代表与所述过程相关的时间上的次序，因为在一些情况下，所述第二过程可在第一过程之前被执行。

本发明的第二方面的方法当然也可用在根据本发明的第一方面的设备的变形中。

本发明设想了，蛋白石状结构(或者在合适的时候，事实上也可是反蛋白石状结构)可能是不完美的，从而可仅包括短程的有序。这样可能不是最佳的。有序化的程度或幅度控制光子效应的强度从而控制任意光学可变效应。从而，所述有序度至少近似为如下情况——足以造成一可由机器可读装置或者可为人眼检测到的光学可变响应。所述材料的第一区域通常具有至少近似蛋白石状结构。所述材料的第一区域具有至少一个近似蛋白石状结构。该第一区域可由第一过程形成。例如，第一过程可足以造成所述物体在基质内相对于彼此移动，从而形成至少部分有序的结构。

然而，在一些情况下，所述第一变形过程可能不足以产生乳白色效应，因而该第一过程导致产生该第二区域。在这种情况下，可能需要进一步的变形作为第二过程的一部分，以产生所述第一区域的光学可变效应。在这种实施例中，光子晶体薄膜可通过一平坦薄膜挤压过程被形成，使得所述光子晶体的有序度不是最佳的，并且观察到一非乳白色效应。接下来，光子晶体薄膜在局部区域中在增加的温度下经受剪切力形式的进一步的机械应力，从而增强有序度并形成乳白色区域。以这种方式，光子晶体薄膜可被形成为具有由非乳白色区域部分分割的光学可变区域。

在其他情况下，第一过程可导致所述结构的充分有序化，使得至少形成一蛋白石状结构。在这种情况下，第二过程可导致所述有序度的进一步增加。还可能的是，可能会发生一定程度的反而会导致每个区域具有蛋白石状结构的无序化。如果需要的话，使用稍后说明的技术，诸如借助于一溶解过程，可进一步处理这些区域中的一个或每一个以提供一反结构。因此将理解，在许多实施方式中，第二区域的光学效应是第二光学可变效应。

所述第二过程可被用于增加在部分材料中的无序度。从而，第二过程可以是一如下的变形过程，该过程使得所述物体被移出所述第二区域，从而使第二区域中的材料无序。或者，所述第二过程可以是一如下的变形过程，该过程造成所述物体的永久变形从而使第二区域中的材料无序。

通常，所述第一和第二过程中的一个或每一个包括热处理。所述第一过程可在超过第二材料的玻璃转化温度的温度下进行，以允许第一材料物体在所述基质内的可移动性。应在如下温度下施加剪切力(变形)，该温度使球体能在基质内进行剪切流动而不使物体自身诸如球体被变形。对于聚合物光子晶体材料，这种温度应优选在聚合物基质的玻璃转化温度以上至少40°，更优选地在60°以上。存在各种可借以使所述第一过程以剪切力的形式施加变形的机制，这些机制通常包括挤压、冲压、轧制或压延。这些方法的组合被设想用于多级过程中。当使用挤压过程时，所述材料的变形可通过以下方式被控制：即，向所述光子晶体材料的至少一部分选择性添加改善滑动的添加剂，或者通过在挤压模表面上形成纹理。

优选的是，所述第一过程导致所述光子晶体被形成为薄膜。这样的薄膜的典型厚度小于100微米，优选小于50微米。

第二过程也可使用从挤压、冲压、轧制或压延中所选择的至少一种方法来向光子晶体材料施加变形。再次，可使用多级过程。在第二过程的目的是造成无序，所述过程可在超过所述第一材料的玻璃转化温度(所述第一材料的玻璃转化温度在任何情况下都优选高于所述第二材料的玻璃转化温度)的一温度下被执行。这样的处理温度也可超过所述第一材料的熔点。

在根据任一上述方法形成蛋白石状结构时，所述方法可进一步包括当第一材料的物体被布置为蛋白石状结构时，从光子晶体材料中去除第一材料的物体，从而形成一反蛋白石状结构。这可通过使用对于所述第二材料不是溶剂、对于第一材料是合适的溶剂来实现。可使用各种过程来实现该目的，包括将所述材料沉浸在溶剂槽中、或者将溶剂印刷到所述光子晶体材料上的一种或多种。还设想了，这种形成反蛋白石状结构的过程可能仅对于各个区域的选定部分是合乎需要的。然而，在一些情况中，可使用局部技术来施加溶剂，优选地，所述材料的预定面积通过施加掩模被保护。或者选择性地形成一蛋白石状结构，或者在整个区域内形成蛋白石状结构，所述方法可进一步包括向所述反蛋白石状结构的一部分施加进一步的变形过程。

变形或结构增强应力的施加可发生在光子晶体薄膜已被完全固化或交联之前或之后。例如，所述薄膜可经受热冲压或压印操作。该操作可以是与薄膜形成过程一致的连续操作的一部分，或者可被以单独的过程离线执行。所述变形或结构增强应力可在安全装置——包括光子晶体薄膜——已被施加至其保护的安全文件之后被施加。优选地，所施加的应力在非乳白色背景中形成乳白色区域的设计。

从上述讨论中应理解，光子晶体材料的多个不同区域可被形成为具有不同光学效应。优选这些区域中的一个或多个被塑形为标记。

已由光子晶体形成合适的安全装置之后，所述方法优选进一步包括将所述材料粘附至一安全文件，或者将所述材料包含于一安全文件内。

也设想了形成根据第一方面的装置的其他方法。例如，光子晶体材料的非乳白色区域也可由受控加入到聚合物混合物中的添加剂产生，这些添加剂扰乱光子晶体结构。例如，在一连续的挤压过程中，所述添加剂可被以定时间隔添加至聚合物储存器以产生横向的非乳白色带，或者可使用聚合物储存器中的分隔器将所述添加剂添加到局部区域中，从而在所形成的薄膜中产生纵向非乳白色带。

或者，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，在该沉淀过程之后，所述基质被交联以固定球体的取向。在本发明的一个实施方案中，两个不同的涂层组分被互相对准印刷到一载体薄膜上，以形成呈现不同的光学可变和/或光学效应的不同光子晶体材料的第一和第二区域。

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。如同前述实施方案一样，可产生呈现不同的光学效应的不同光子晶体材料，然后将其印刷到基础衬底或载体薄膜上。着色粉系统的优点在于，所述材料可被直接印刷到安全文件诸如聚合物的或纸质的钞票上。

根据本发明的第二方面所制造的示例安全装置包括由不同的光子晶体结构来表征的至少两个区域。第一晶体结构具有“蛋白石”结构，并且其由具有不同折射率的基质材料所包围的实心、亚微米球体(submicron spheres)的规则三维阵列所形成。第二结构——通常指的是“反蛋白石”结构——由连续基质材料所包围的规则的空隙阵列组成。所述两个结构都呈现出公知为结构性颜色的现象——其中这些结构的视觉外表随其构造而变化；尤其是所述球体或空隙的布置、尺寸和折射率(相对于基质)。

由两个这种光子晶体结构所组成的安全特征将导致不同视觉外观和/或具有不同的光学可变性的截然不同的区域。例如，在反射或透射中的不同颜色、不同色移，或远离基色的不同的色移率。

而且，两种类型的结构将具有不同的物理/机械特性。由于反蛋白石的“海绵状”本质，其可被更加轻易地压缩。压缩这样一种材料会歪曲所述结构的周期性，从而会影响视觉外观中的变化。结果，与那些由标准蛋白石状结构所组成的区域相比，由反结构所组成的区域将显示出随压缩而变化的更大光学可变性。这可通过使用弹性基质材料来辅助，所述弹性基质材料自然产生更加柔性的系统。

使用弹性体作为用于标准蛋白石状结构的基质通常意味着，光学特性中的类似变化可通过将系统拉伸而实现。因此，在一个实施方案中，安全装置包括两个区域，一个具有标准蛋白石状结构，一个具有反蛋白石状结构；一个区域当被压缩时产生显性光学效应，而另一区域当被拉伸时呈现显性光学效应。

这种特征的又一优点是从一个区域(蛋白石)获取另一个区域(反蛋白石)的可能性。这将涉及对一连续的蛋白石状结构作后处理，例如，使用先前所讨论的技术，将一选定区域转化为一反蛋白石状结构。换言之，可通过对标准的蛋白石状结构的区域进行“图案化”以及转化，以最终产生两种类型的晶体结构，从而制造一安全装置。

实际中，大部分反蛋白石状结构是通过如下过程实现的：即，首先制造一标准蛋白石，然后通过保留基质材料不受影响的选择性蚀刻过程来选择性地去除所述亚微米球体。如果安全装置是由合适的材料系统制成的，则可在选定区域中蚀刻掉球体同时保留其他区域未被改变。所形成的特征将具有连续基质，同时具有截然不同的蛋白石状和反蛋白石状区域。

用于反蛋白石结构的合适材料被公开在WO 2008098339中，可使用一模板产生反蛋白石状薄膜，在一个实施例中，所述模板是通过使用自装配技术将聚苯乙烯球布置在玻璃衬底上而形成的。在聚苯乙烯球之间的空隙接下来被填充以聚合物材料。合适的聚合物材料的实施例被列出在WO 2008098339中，并且其包括从如下组中所选择的单体或预聚物，该组包括甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氨酯前体、可交联的聚醚，及其混合物。所述聚苯乙烯接下来被位于反蛋白石状薄膜的局部区域中的合适溶剂溶解，以产生如下一材料，该材料在第一区域包括由聚合物材料的均匀基质所分隔的空气球体，在第二区域包括由聚合物材料的均匀基质所围绕的聚苯乙烯球体。关于选择合适的溶剂以溶解聚合物微球体的更多信息可在1989年12月由Springer出版的第一版的“An Introduction to PolymerColloids”中找到。对于第二个“蛋白石”区域尤其重要的是，既用于基质也用于球体的聚合物被选择以使折射率差异最大化。所述折射率差异应至少是0.001，但是更优选地大于0.01，并且还更优选地大于0.1。

将相反区域增加至标准蛋白石状结构的区域的进一步优点在于，附加的多孔区域将对水的吸收或其他液体的吸收敏感。这提供了附加的鉴别手段，其中，可通过将系统暴露至合适的液体来影响颜色变化。

所述安全装置可被整体布置在文件的表面上，如在条或片的情况下，或者可以窗口式安全线的形式在文件的表面上仅部分可见。光子晶体材料优选作为薄膜被纳入到装置结构中，但是可替代地，其可作为颜料涂层被纳入。

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个面上的乳浊涂层。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。在一个实施方案中，聚合物钞票的透明衬底也构成所述安全装置的载体衬底。

或者，本发明的安全装置可被纳入到聚合物钞票中，使得其仅从衬底的一面是可见的。在这种情况下，安全装置被应用至透明聚合物衬底，在所述衬底的一面上，乳浊涂层被省略以允许安全装置将被观察到，而在衬底的另一面上，所述乳浊涂层被施加到安全装置之上，使得其隐藏所述安全装置。

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个面都可见的方法。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，安全装置的图样应通过内容、和与图样的重合以及设置在所保护文件上的标识信息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。

附图说明

现在将参照随附的附图描述本发明的一些实施方案，在所述附图中：

图1示出了一安全文件的第一实施例的平面图；

图2示出了所述第一实施例的截面图；

图3示出了作为窗口式线的第二实施例；

图4示出了所述第二实施例的截面图；

图5示出了第三实施例的截面图；

图6a示出了包含脱金属字母的第四实施例；

图6b示出第五实施例的机器可读版本；

图7示出具有透明区域的第六实施例；

图8a示出第七实施例的截面图；

图8b示出所述第七实施例的机器可读版本；

图9a-9d示出了当从不同角度观察时在纸质衬底中具有孔的第八实施例；

图10a和10b示出了当从不同角度观察时使用热冲压区域的第九实施例；

图11示出一经过压印的第十实施例；

图12示出了在光子薄膜中具有间隙的第十一实施例的截面；

图13示出制造一安全装置的示例方法的流程图；

图14示出用于形成一反蛋白石状结构的示例方法；以及

图15示出使用一反蛋白石状结构的又一替代性实施例。

具体实施方式

图1示出被结合进安全文件中的根据本发明的安全装置，所述安全装置作为应用在表面的片。图2示出在图1的文件上的片的截面图。所述装置包括一包含两个区域A和B的自撑式光子晶体薄膜，在该薄膜上施加一暗色吸收层。粘合剂层被施加到该装置的外表面，位于暗色吸收层上，从而将该装置附接至安全文件。区域A和B响应于入射光呈现出不同的和角度相关的颜色变化，这在该实施例中是在形成光子晶体薄膜的过程中产生的。例如，区域A中的角度相关色移可从红色变为绿色——当相对于衬底平面以相对高的入射角度例如70°观察时为红色，当相对于衬底平面以更加倾斜的入射角度例如45°观察时为绿色。相反，区域B中的角度相关色移可从绿色变为蓝色——当相对于衬底平面以70°观察时为绿色，当相对于衬底平面以45°的入射角观察时为蓝色。

区域A和B中的一个或两个优选具有图样(design)的形式。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，所述图案可包括，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。

图3示出作为窗口式线被纳入到安全文件的根据本发明的一示例安全装置，所述窗口式线具有暴露的线的窗口和嵌入的线的区域。所述线包括纵向条带——相应于区域A和B——所述纵向条带呈现出不同的角度相关的颜色变化。通过在挤压过程中改变所述聚合物系统的球体尺寸，所述条带被形成在光子晶体薄膜中。图4示出适合用作窗口式安全线的根据本发明的一个实施例的截面图。

所述装置包括一自撑式光子晶体薄膜，该薄膜包含针对图2所描述的区域A和B，在该薄膜上施加一暗色吸收层。一粘合剂层可被施加到装置的外表面从而提高到安全文件的粘合性。

在图4中所示出的安全装置的一替代结构中，并且如图5中所示出的，所述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。接着将一光子晶体材料层——其包括对比的光学可变区域A和B——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。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废弃。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字符的敷金属层，所述附加的安全特征可能不适合被直接施加至光子晶体层，或者所述附加的安全特征降低了载体衬底被用作光子晶体可直接形成于其上的层的适用性。可将一粘合剂层施加至装置的外表面，来提高到安全文件的粘合性。

在图3、4和5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，并且光子晶体可同样方便地被用作表面应用安全特征的一部分，诸如带或片等。

在图3-5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。

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、色移以及在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包括聚丙烯酸乙酯基质中的200nm球体尺寸的聚苯乙烯球体的系统中，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。

优选的是，通过一挤压方法制造聚合物光子晶体薄膜，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，可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。以这种方式，在薄膜制造中的最后的交联步骤之前，可通过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根据入射光相对于晶体取向的方向而变化，使得其重叠或跨越所嵌入的发射体的光致发光峰值，则可能发生发射的抑制/增强以及发光寿命的动态改变，形成一交互式安全装置，其中通过简单地将所述装置相对于入射辐射旋转来打开或关闭荧光或磷光。

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，在分隔开的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。或者，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。

本发明的安全装置可结合当前制造安全线的方法被使用。可被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、WO 9825236和WO 9928852中所列举的。

图6a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。或者，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，所形成的标记从两个面都是清晰可见的，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5。

在图6a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，光子晶体层的光学效应，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都是可见的。例如，使用在EP 1141480或WO03054297中所描述的方法，该装置可被引入安全文件中。

图6b示出在图6a中所示出的装置的机器可读版本。所述装置包括以合适图样被脱金属的敷金属PET基底层，该图样包括沿装置每个边缘留下的金属条痕。正如参考图6a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5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。

当磁性材料被纳入到装置中的吸收层内，或者作为一单独的层被结合到装置中时，磁性材料可被以任意图样施加，但是通常的实施例包括使用磁性条痕或者使用磁性块来形成编码结构。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乳浊涂层。在衬底的两个面上的局部区域中的乳浊涂层被去除，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、EP1398174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7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8a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，以形成可识别图案或者标识图像。包括光子晶体材料的一层——该层包括两个区域A和B，其呈现出与图3和图4中的区域A和B相同的光学特征——位于吸收层的上方。

当从面A在反射中观察图7中的装置时，随着装置被倾斜，从位于吸收层上方的光子晶体层的区域处，在区域A和B中观察到两个不同的高对比度的色移区域。例如，在区域A中，色移可从红色开始变为绿色——当在相对于衬底平面以一个入射角度观察时为红色，当以与衬底平面成一更加倾斜的入射角度观察时为绿色。在区域B中，在相同的角度范围内，将出现不同的色移，例如从绿色到蓝色。在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。

当从面B在反射或透射中观察图8a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令人愉悦的材料/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。或者，如图8b中所示，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6所述，所述敷金属衬底被印刷以标识图像形式的暗色抗蚀剂。然后，被印刷的敷金属薄膜被局部地脱金属，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8a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8b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。

图9示出一实施例，其中根据本发明的安全装置被引入到一纸质衬底的孔内。正如在EP1141480中所描述的，一自撑式光子晶体薄膜被引入纸质衬底中。光子晶体薄膜的一面被完全暴露在纸质衬底的其中所述光子晶体薄膜被部分嵌入其中的前表面上(图9a和9c)，并且部分暴露在衬底的背部表面上的一个孔内(图9b和9d)。在该实施例中，碳纳米颗粒已被引入到光子晶体结构中。

光子晶体薄膜包括两个区域A和B，该两个区域是在薄膜的形成过程中产生的。当与衬底平面成一个入射角度观察时，区域A呈现为红色，当与衬底平面成更加倾斜的入射角度观察时，该区域A色移至绿色。由于光子晶体结构中的无序区域，区域B是非乳白色区域，其外观在任意观察角度都保持恒定。在该实施例中，区域A形成背景，区域B形成标识图像“DLR”。

在与衬底平面成一个入射角度——例如70°——观察所述装置时，区域A呈现红色，非乳白色标识图像“DLR”相对于红色背景是可见的(图9a和9b)。当倾斜至更加倾斜的入射角度时，例如45°时，区域A的颜色从红色调整至绿色，但是区域B的外观保持不变，从而标识图像“DLR”相对于绿色背景是可见的(图9c和9d)。这种效应从安全文件的两个面都是可见的。

纳米颗粒的引入产生了单个层，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，来产生强色彩的基本不透明的薄膜。如果在如图9a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。如图9b中所示出的，当从文件的后表面在反射中观察所述装置时，在光子晶体薄膜被暴露在孔内的地方，在区域A和B中呈现出相同的光学特性，正如从文件的正面所观察到的。

在对于图9中所提及的实施方案的一替代性实施方案中，光子晶体薄膜可被载体层支撑以便于将其引入到纸文件中。光子晶体层可作为涂层薄膜被直接形成在载体衬底上，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(coarse embossing)，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。

使用单层的弹性光子晶体薄膜，通过局部改变光子晶体薄膜在薄膜厚度上的光学特征，也可在安全装置的任一表面上产生不同的色移效应。例如，球体尺寸可经由薄膜的厚度来变化。这种变化可通过在光子晶体薄膜的形成过程中，控制所述球体的组装而引入。或者，如果通过聚合物挤压来制造所述薄膜，那么可产生具有不同球体尺寸的两种聚合物混合物——包括球体和基质。所述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一球体尺寸的阶跃变化。除了在薄膜的厚度上的不同色移效应，可通过例如在施加机械剪切力的过程中改变球体尺寸或控制过程参数诸如温度或压力，形成在薄膜厚度上的非乳白色区域。

在薄膜上具有不同光学特征的区域尤其可用于包含到较厚的安全装置(＞100μm)中，其可被用作在基于卡片的文件——诸如，信用卡、借记卡、身份证和驾驶证——中的多个层。在这些较厚的结构中，在厚度上的光学特性的变化可通过使用裸眼观察卡片的侧面而被看到。例如，聚合物光子晶体薄膜是通过一平坦的薄膜挤压过程形成的，使得光子晶体的有序度不是最佳的，并且观察到非乳白色效应(non-opalescent effect)。

聚合物光子晶体薄膜的一个面或两个面接下来在增加的温度下受到进一步的剪切力形式的机械应力的作用，从而增强有序度并在接近于遭受机械应力的表面的薄膜厚度中形成乳白色效应(opalescenteffect)。以这种方式，光子晶体薄膜可被形成，其中薄膜的厚度包括接近于表面的乳白色区域以及在薄膜中心的非乳白色区域。

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光子晶体薄膜的转换颜色中的一种。例如，在沿一特定观察方向倾斜所述装置时，如果光子晶体薄膜中的区域中的一个从红色转变为绿色，那么在特定入射角度处，在该区域上的任何红色印刷信息都将基本上是不可见的，但是随着样品被倾斜，并且所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。

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、金色(iriodine)、珍珠色、液晶和基于金属的着色粉。

在又一实施方案中，非乳白色区域是通过使光子晶体薄膜机械变形而形成的。所述机械变形优选使用压印或热冲压过程来执行。优选地，所述压印过程发生在凹版印刷过程中，并且使用一凹版印板被执行。图10示出了包括根据本发明的安全装置的一安全衬底的实施例，其中通过在膜被施加至基部衬底之后，热冲压膜来定制所述光子晶体薄膜。在该实施例中，弹性光子晶体薄膜已被以与图9中所提及的以及在EP1141480中所描述的相同方式纳入到纸质衬底中。图10示出了纸质衬底的正面，所述装置被完全暴露于其上。所述装置也被暴露在后表面的孔区域中。在该实施例中，当将装置倾斜至倾斜的入射角度时，所述光子晶体薄膜呈现出红色-绿色的色移。数字“5”的图像被热冲压到光子晶体薄膜中，使得光子晶体的序列在冲压区域中被扭曲。晶体中的无序导致所冲压的区域变得在所有观察角度都是非乳白色的。当倾斜文件时，数字“5”保持非乳白色，但是非冲压区域从红色(图10a)变为绿色(图10b)。

在又一实施方案中，通过将光子晶体薄膜压印以凸起的线结构，进行所述安全装置的定制。将凸起的线结构压印到光子晶体薄膜中是尤其有利的，因为通过压印所产生的刻面导致进入光的入射角度的变化，由于光子晶体薄膜的颜色取决于观察角度的事实，产生具有不同颜色的刻面。使用凸起的线结构以及光子晶体薄膜，具有两个安全方面，首先，由线结构所产生的光学可变特征，其次，呈现出与背景薄膜不同的色移的局部区域的形成。

例如，如果当将装置倾斜远离法线入射时，光子晶体装置呈现出绿色-蓝色的色移，接下来当在法线入射观察时，所压印区域和未压印区域将呈现绿色。当将装置倾斜时，随着装置被倾斜所述未压印区域和压印区域将在不同的观察角度从绿色变为蓝色。

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光子晶体薄膜。在该实施例中，所述弹性光子晶体薄膜已经通过与图9中所提到的以及EP1141480中所描述的相同方式被引入纸质衬底中。图11示出纸质衬底的前表面，该装置完全暴露于其上。所述装置也被暴露在后表面上的孔区域中。在该实施例中，当将装置倾斜至倾斜的入射角度且沿观察方向1观察时，所述光子晶体薄膜呈现出红色-绿色的色移，当将装置倾斜至倾斜的入射角度且沿观察方向2观察时，所述光子晶体薄膜呈现出绿色到蓝色的色移。压印线结构——由各个组的基本平行的凸起线所形成——限定数字“5”。

当沿观察方向1在相对高的入射角度观察所述衬底时，例如与衬底平面成70°时，由于从凸起线的边缘引起的占优势的反射光，所述未压印区域呈现红色，而压印区域呈现绿色。出现颜色上的差异，是因为入射到边缘区域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。当将衬底倾斜至更加倾斜的入射角度时，未压印区域从红色转变至绿色，压印区域从绿色转变为蓝色。如果将所述装置旋转90°，使得其沿观察方向2被观察，所述压印区域和未压印区域在给定的观察角度呈现出基本相同的颜色，因为所述线的边缘反射很少的光。

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。WO 9870382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。或者，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。或者，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，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”。或者在又一溶液中，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。散射层修改所述光子晶体层的色移特性。

散射层改变了光子晶体薄膜的表面，使得所述反射现在更加弥漫，降低了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，如果在将装置倾斜远离法线入射时，光子晶体材料呈现红色到绿色的色移，继而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。

图12示出又一实施例，其中在光子晶体薄膜中存在间隙。图12中的装置包括光子晶体薄膜，所述薄膜已被转移到基本透明的载体衬底上。或者，可使用一自撑式光子晶体薄膜，而无须载体衬底。所述光子晶体薄膜与相关于图9所描述的相同，并且碳纳米颗粒已被纳入到光子晶体结构中以产生当在法线入射观察时具有强烈红色的基本不透明薄膜。激光被用于在光子晶体薄膜中形成识别图像形式的间隙。所述识别图像从两侧都是清晰可见的，尤其在透射光中，由于在已被去除的基本不透明光子晶体薄膜的区域和剩下的不透明区域之间的对比。在图16中所示出的安全装置呈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，其次是从装置的任一面在透射中清晰可见的识别图像。

在本发明的再一实施方案中，光子晶体材料可被选择使得对于至少一个所述区域的特定观察角度，所述反射光处于电磁频谱的非可见波长内。

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，所述图案可包括，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。

进一步应理解的是，在上述的每一个实施例中，区域A和B中的一个区域可呈现出光学可变效应，而另一区域可呈现出光学可变效应形式的光学效应或呈现出非光学可变效应形式的光学效应。

我们现在描述形成光学可变安全装置的方法的一些实施例。参照图13的流程图，在步骤100，适于形成光子晶体的材料(光子晶体材料)在步骤100被提供。所述的材料包括如之前所讨论的第一相的聚苯乙烯(PS)球体和聚丙烯酸乙酯(PEA)基质。如将被理解的，对形成在最终光子晶体中的有序结构的球体的直径的选择，影响材料在白光照明下的颜色。通常，球体直径在250nm左右。为了确保在聚乙烯球体(第一相)和基质(第二相)之间的兼容性，球体被涂覆以一细微的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层作为夹层。在步骤100，在材料的初始状态下，球体被随机分散在基质内从而是无序的。

在步骤101，所述材料接下来被加载到挤压装置中并被加热至第一温度。所述第一温度被选择为超过聚丙烯酸乙酯基质的玻璃转化温度，但在聚苯乙烯的玻璃转化温度之下。目的在于将基质加热，使得所述球体能够借助于外部压力在基质内相对于彼此流动，然而球体自身基本上不被软化，从而在稍后的冷却时保持其形状。一旦所述材料被完全加热至第一温度，接下来在步骤102，运行所述挤压装置并将所述材料挤压通过一挤压模。所述模可采用多种形式，通常具有引导至一个窄的通道的锥形入口，通过该通道所述材料被挤出。所述材料冲击锥形表面然后引导朝向并通过较窄的槽或通道。应注意的是，可选地，所述通道的锥形表面或壁可被设置以纹理来影响通过材料的局部滑动行为。在该实施例中，所述模的出口具有矩形几何形状，其中其较大尺寸代表所挤出材料的预期宽度，窄尺寸代表其厚度。在本实例中的典型厚度是大约30μm。通常，在挤压过程中，所述模被加热至与所挤出材料的温度相类似的温度。一旦离开所述模，所述材料采用弹性自撑式薄膜的形式。通过施加空气射流或者通过与一表面传导接触，该薄膜可被冷却。

应注意的是，当所述模上游的材料具有在基质内基本随机布置的球体时，将材料迫使通过所述模导致球体将其自身布置成更加高效的组合结构，可能最高效的是一完全紧密组合的结构。一个近似蛋白石状结构是通过采用具有至少短范围序列的紧密组合的结构的这些球体而形成的。组合的效率取决于许多参数，包括温度、模的形状以及在球体的实际尺寸之间的相似度。如将被理解的，球体的布置导致材料采用蛋白石状结构，该结构由于球体尺寸和所使用的材料，呈现出光学可变效应。这是在步骤103示出的。应注意的是，尽管单个挤压模已在步骤102被讨论，可应用多个挤压过程，或者其他变形形式，包括冲压、轧制和压延，以便促使该结构采用具有预定水平的组合效率的蛋白石状形式。

无论所述薄膜是如何形成的，本实施例中的蛋白石状形式至少包括具有光学可变特性的第一区域。从而，挤压形式的变形过程导致产生具有相应的光学可变特性的蛋白石状结构的第一区域。

在步骤104，将所述薄膜送入一个热冲压装置，该装置对所述材料执行第二过程，在该情况下，第二过程也包括变形。热冲压装置将压力施加至薄膜的选定区域，这些区域包括第二区域。在这种情况下，所述处理在一超过聚苯乙烯的玻璃转化温度的升高温度下进行。所述温度可甚至超过聚苯乙烯的熔融温度。一个加热的模、冲头或滚筒可被用于执行该功能。所述热冲压过程导致第二区域中的蛋白石状结构被扰乱——通过将球体永久地塑性变形或熔融，使它们合并并失去它们的相应的有序结构。这种非乳白色第二区域的形成是在步骤105执行的。应注意的是，可使用具有一几何形状的加热的冲头、模或滚筒，使得第二区域根据特定标记或事实上的阴图标记(negative indicia)(其中标记自身通过第二区域的边界形成)而被形成。在这种情况下，第二区域被形成为覆盖所述第一区域，因此阴图标记可围绕形成标记自身的第一区域。

形成第一区域和第二区域之后，可选择地将所述薄膜冷却，并且在步骤106中，可应用一粘合剂层。

在施加粘合剂之后，在步骤107，光子晶体薄膜接下来被粘附至衬底材料，诸如钞票、信用卡、护照或其他有价文件。在步骤108，执行各种精加工过程诸如进一步印刷、层压、切割，以及执行一些用于添加更多的安全特征的过程。

由此，制造了一具有光子晶体材料的安全文件，所述光子晶体材料具有第一区域和第二区域，第一区域呈现光学可变效应，在第二区域中观察到第二光学效应，该第二光学效应在本情况中不是光学可变的。在本情况下，第二区域可由此呈现为具有一个与第一区域的光学可变外观形成对比的散射半透明外观。其关键优点之一在于，第一区域和第二区域被包含在相同的连续薄膜中，这一点更难以伪造。

对于相关于步骤104所讨论的热压印过程的一个具体替代是使用一修改过程，在该过程中所述热冲头/模/滚筒的温度使得所述材料被加热至在基质的玻璃转化温度和球体自身的玻璃转化温度之间的一温度。这允许球体保持基本实心且能够在材料基质内移动。利用一合适的成形冲头，例如，诸如具有一非常窄的倾斜表面的冲头，可导致所述球体与所述材料的多个部分隔开，从而形成基本不存在任何球体的仅有PEA基质的区域。在这种情况下，所述球体不被毁掉，而是被位移至在所讨论的区域周围的地区。从而，基本上无球体的区域以及球体被位移至其中的区域可呈现单独且不同的光学效应，再次提供更高的防止伪造的安全性。

在又一替代实施方案中，设置步骤102发生的将所述球体排列成紧密组合的结构的过程，使其在一受限程度内发生，使得在步骤103可看到所得结构中相对微弱的光学可变效应。在这种情况下，在步骤104的接下来的热机械过程被布置为在基质的玻璃转化温度和聚苯乙烯的玻璃转化温度之间的一温度下执行，例如，在与初始挤压相类似的温度下。在该过程中进一步施加压力接下来导致部分蛋白石状薄膜的序列增加，从而产生更加有序的结构。以这种方式，第二区域被形成具有一更加强烈的光学可变效应，从而使得第一区域具有相对微弱的光学可变效应，第二区域具有细相对强烈的光学可变效应。在每种情况下，光学效应都随角度的变化而变化，但是在第二区域中的颜色变化的强度比第一区域中的那些强度更加可见。

在此处所述的实施例中，涉及使用变形过程，诸如冲压和轧制，其中所述薄膜在两个构件之间变形，然后应理解的是，这些构件可具有对称形式并在薄膜的每个侧面上施加相同的变形。在其他情况下，所述构件中的第一个可被固定就位，另一个被布置为朝向第一个移动，而薄膜位于两个构件之间。

现在转向图14，其描述了又一替代方法，该方法包括类似于图13的步骤的步骤100到103。在该实例下，所述过程被布置使得提供高度有序化，并且在步骤103产生蛋白石状薄膜。在该实施例中，在步骤103之后，所述薄膜被送入对于聚苯乙烯合适的溶剂材料槽中。合适的溶剂的实施例是四氢糠醇(tetrahydrofurfuryl alcohol)。显然地，这种溶剂不是适于聚丙烯酸乙酯(基质)的溶剂。将薄膜送入溶剂槽发生在步骤1031中，这导致球体的溶解从而在步骤1032形成反蛋白石结构。在清洗过程之后，所述过程可接下来返回至图13的步骤104，此处所述反蛋白石结构的选定区域可被热冲压或者变形。在这种情况下，热冲压去除了在反蛋白石结构内的空隙，从而在步骤105产生非乳白色的第二区域。当整个薄膜都被沉浸在槽内时，可设想仅薄膜的一部分——诸如一半——被浸没，产生乳白色、反乳白色和非乳白色的区域。

另一实施例过程相关于图15被讨论。再次，根据图13的步骤100-103形成蛋白石状薄膜。在步骤1035，薄膜接受蚀刻掩模的沉积。这可通过包括照相平版术或印刷的许多方法中的一种来实施。通常，所述掩模被应用至薄膜的选定区域，从而使另外的区域暴露出来。

在步骤1036，适于聚苯乙烯的溶剂被应用至薄膜。尽管这可如上所述通过使用溶剂槽来实现，在本情况中，所述溶剂是通过使用一印刷过程被施加的，所述溶剂例如使用滚筒或印刷板被施加。所述溶剂可被施加至曝光区域和掩模区域，由于存在掩模，仅影响在曝光区域中的聚苯乙烯球体的溶解，所述掩模从而保护下面的材料。作为一种替代，所述溶剂可被选择性地印刷到薄膜的特定区域上，从而潜在地消除对掩模的需要。而且，掩模可仍然被使用，从而确保溶剂不污染特定掩模区域。在步骤1037，反蛋白石结构被选择性地提供在曝光区域中，然后所述掩模可在接下来的步骤1038中被去除。所形成的材料从而具有包括含有聚苯乙烯球体的蛋白石状结构的第一区域，以及具有球体被去除的反蛋白石状结构的第二区域。由于在聚苯乙烯和空隙之间的不同折射指数，第一光学可变效应是相关于第一区域被观察到的，第二光学可变效应——其不同于第一光学可变效应——是在其中存在反蛋白石状结构的第二区域中被观察到的。

图15的过程接下来返回至图13的过程，由此可省略接下来的步骤104和105，因此接下来的步骤是106，在该步骤中，粘合剂被施加并且剩下的步骤被执行为如相关于图13中所描述的。然而，可能希望在乳白色或反乳白色区域的任一个上根据步骤104和105执行进一步的热-机械过程，从而将这些区域中的一个完全转化为非乳白色区域，或者提供非乳白色的第三区域。

尽管相关于图13-15的上述实施例已被讨论为使用粘合剂从而将所述装置粘结至有价文件，应理解的是，根据这些方法所产生的薄膜可通过类似于使用水印技术形成窗口式线的方法而被纳入到诸如钞票的有价文件中。

Claims (89)

1.一种形成光学可变的安全装置的方法，包括：

提供光子晶体材料；以及

对所述材料执行一过程，该过程导致材料的变形从而形成第一区域，由于该第一区域，晶体材料所接收的入射光被选择性地反射或透射以产生第一光学可变效应；以及产生一第二区域，由于该第二区域，所接收的入射光产生一光学效应，该光学效应不同于第一光学可变效应。

2.根据权利要求1的方法，其中所述第一区域中的材料的结构具有反蛋白石状结构。

3.根据权利要求2的方法，其中所述由第二区域所产生的光学效应是非乳白色效应。

4.根据权利要求2的方法，其中所述第二区域具有不同于第一区域的结构的一反蛋白石状结构。

5.根据权利要求2到4中任一权利要求的方法，其中在执行所述过程之前，所述材料具有反蛋白石状结构。

6.根据权利要求1的方法，其中所述光子晶体包括具有类似几何形状的多个物体，所述物体由第一材料制成，位于第二材料的基质内，该第二材料与第一材料不同；其中所述过程包括：

对所述材料执行第一过程，其中所述材料遭受变形从而形成所述材料的第一区域和第二区域中的一个；以及

对所述材料执行第二过程从而形成所述材料的第一区域和第二区域中的另一个，

并且其中所述材料的第一区域导致所述晶体材料所接收的入射光被选择性地反射或者透射，以产生第一光学可变效应，第二区域产生一光学效应，其不同于第一光学可变效应。

7.根据权利要求6的方法，其中所述物体是由第一聚合物形成的球体，所述基质包括第二聚合物，该第二聚合物不同于所述第一聚合物。

8.根据权利要求6的方法，其中所述材料的第一区域具有至少近似为蛋白石状的结构。

9.根据权利要求8的方法，其中所述材料的第二区域具有至少近似蛋白石状的结构，该结构具有比第一区域更大的晶体有序度。

10.根据权利要求8的方法，其中所述材料的第二区域具有至少近似蛋白石状的结构，该结构具有比第一区域较小的晶体有序度。

11.根据权利要求6到10中任一权利要求的方法，其中所述第二区域的光学效应是光学可变效应。

12.根据权利要求10的方法，其中所述第二过程是一个如下的变形过程，该变形过程导致物体从第二区域中移出，从而使第二区域中的材料无序。

13.根据权利要求10的方法，其中所述第二过程是一个如下的变形过程，该变形过程导致物体的永久变形从而使第二区域中的材料无序。

14.根据权利要求6到13中任一权利要求的方法，其中所述第一过程足以导致所述物体在基质内相对于彼此移动，从而形成至少部分有序的结构。

15.根据权利要求6到14中任一权利要求的方法，其中所述第一过程和第二过程中的一个或每一个包括热处理。

16.根据权利要求6到15中任一权利要求的方法，其中所述第一过程使用从挤压、冲压、轧制或延展中所选择的至少一种方法向光子晶体材料施加变形。

17.根据权利要求16的方法，其中，当使用挤压过程时，所述材料的变形是通过如下方式被控制的，即，通过将改善滑动的添加剂选择性添加至光子晶体材料的至少一部分，或者通过在挤压模表面上形成纹理。

18.根据权利要求6到17中任一权利要求的方法，其中所述第一过程是在一个超过第二材料的玻璃转化温度的温度下被执行的。

19.根据权利要求6到18中任一权利要求的方法，其中所述第一过程导致光子晶体被形成为薄膜。

20.根据权利要求19的方法，其中所述薄膜具有小于100微米的厚度。

21.根据权利要求6到20中任一权利要求的方法，其中所述第二过程使用从挤压、冲压、压印，轧制或延展中所选择的至少一种方法向光子晶体薄膜施加变形。

22.根据权利要求21的方法，其中当第二过程是压印过程时，该压印发生在凹版印刷过程中，并且其是使用凹版印板被执行的。

23.根据权利要求6到22中任一权利要求的方法，其中所述第二过程是在一超过第一材料的玻璃转化温度的温度下进行的。

24.根据权利要求6到23中任一权利要求的方法，还包括当第一材料的物体被布置为蛋白石状结构时，从光子晶体材料中去除第一材料的物体，从而形成一反蛋白石状结构。

25.根据权利要求24的方法，其中通过将一溶剂施加至所述物体，将所述物体去除。

26.根据权利要求25的方法，其中所述溶剂是通过如下过程中的一种或两种被施加的：将材料浸没在溶剂槽中或者将溶剂印刷到光子晶体材料上。

27.根据权利要求24到26中任一权利要求的方法，其中在去除所述物体之前，材料的面积是通过施加掩模而被保护的。

28.根据权利要求24到27中任一权利要求的方法，进一步包括向反蛋白石状结构的一部分施加进一步的变形过程。

29.根据权利要求6到28中任一权利要求的方法，其中所述第一区域和第二区域中的一个或每一个被塑造为标记的形状。

30.根据权利要求6到29中任一权利要求的方法，进一步包括将材料粘合至一安全文件，或者将材料包含到一安全文件内。

31.一种光学可变安全装置，包括至少两个区域，每个区域包括一光子晶体材料，由此在第一区域中，由晶体材料所接收的入射光被晶体材料选择性地反射或透射从而产生第一光学可变效应，在第二区域中，由晶体材料所接收的入射光被所述晶体反射或透射从而产生一光学效应，该光学效应不同于第一光学可变效应。

32.根据权利要求31的光学可变安全装置，其中所述光子晶体材料具有全部或部分带隙，所述带隙不具有关于其表面法线的旋转对称性。

33.根据权利要求31或权利要求32的光学可变安全装置，其中所述第一光学可变效应在第一组方向下是可观察的，以及其中所述光学效应在第二组方向下是可观察到的并且是第二光学可变效应。

34.根据权利要求33的光学可变安全装置，包括一光子晶体，其中所述第一和第二光学可变效应取决于相对于入射光的晶体定向。

35.根据权利要求31到34中任一权利要求的光学可变安全装置，其中每个光学效应随对晶体的观察角度的变化而变化。

36.根据权利要求31到35中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述装置被布置为使得这些效应对于人类观察者的裸眼是可见的。

37.根据权利要求31到36中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述光学效应中的一种或多种光学效应的一部分是处于电磁频谱的红外或紫外部分中。

38.根据权利要求31到37中任一权利要求的光学可变安全装置，其中，当所述装置被白光源照明时，所述光学效应是彩色效应。

39.根据权利要求31或权利要求38的光学可变安全装置，其中所述第一光学可变效应是第一角度相关的彩色效应，第二光学可变效应是第二角度相关的彩色效应，该效应不同于所述第一光学可变效应。

40.根据权利要求31到39中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述效应中的一个或每一个是反射效应。

41.根据权利要求31到40中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述光子晶体包括准晶体。

42.根据权利要求31到41中任一权利要求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。

43.根据权利要求31到42中任一权利要求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构成，每种材料具有各自不同的折射率。

44.根据权利要求31到42中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述第一区域和第二区域由具有各自的不同球体尺寸的基本相同材料构成。

45.根据权利要求31到44中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述光子晶体结构参数在晶体的第一区域和第二区域中是不同的，从而产生不同的相应的光学特性。

46.根据权利要求31到45中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述光子晶体被提供为自撑式薄膜。

47.根据权利要求31到45中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述光子晶体被一衬底或载体层支撑。

48.根据权利要求47的光学可变安全装置，其中所述衬底或载体层是聚合物层。

49.根据权利要求31到48中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述第一区域和第二区域中的每一个具有各自的晶体有序度水平，并且其中第二区域的有序度水平大于或小于第一区域的有序度水平。

50.根据权利要求49的光学可变安全装置，其中所述第二区域呈现出非乳白色效应。

51.根据权利要求50的光学可变安全装置，其中所述第二区域包括基本无序的结构。

52.根据权利要求31到49中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述第一区域或第二区域中的一个包括蛋白石状结构。

53.根据权利要求31到49中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述第一区域和第二区域中的一个包括反蛋白石状结构。

54.根据权利要求31到49中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述第一区域或第二区域中的一个包括蛋白石状结构，所述第一区域或第二区域中的另一个包括反蛋白石状结构。

55.根据权利要求31到54中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述安全装置在其一个或每个外表面上被设置以一个粘合剂层。

56.根据权利要求31到55中任一权利要求的光学可变安全装置，进一步包括一散射层。

57.根据权利要求31到56中任一权利要求的光学可变安全装置，进一步包括被提供作为施加至所述装置的一个或多个层的光学吸收材料。

58.根据权利要求57的光学可变安全装置，其中所述吸收材料在光波长下是选择性吸收的。

59.根据权利要求57或权利要求58的光学可变安全装置，其中所述吸收材料是油墨或染料。

60.根据权利要求31到59中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述装置进一步包括敷金属层。

61.根据权利要求59的光学可变安全装置，其中所述敷金属层在许多位置被选择性脱金属。

62.根据权利要求60或权利要求61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一个抗蚀剂层。

63.根据权利要求60到62中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述敷金属层或者所述抗蚀剂层被布置为标记。

64.根据权利要求31到63中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述装置被布置为机器可读的。

65.根据权利要求64的光学可变安全装置，其中所述光子晶体或所述装置的至少一层进一步包括机器可读材料。

66.根据权利要求65的光学可变安全装置，其中所述装置进一步包括包含机器可读材料的分立层。

67.根据权利要求65或权利要求66的光学可变安全装置，其中所述机器可读材料是磁性材料。

68.根据权利要求64到67中任一权利要求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。

69.根据权利要求64到68中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述机器可读层是基本透明的。

70.根据权利要求31到69中任一权利要求的光学可变安全装置，进一步包括在晶体结构内形成的光学吸收材料。

71.根据权利要求31到69中任一权利要求的光学可变安全装置，进一步包括在晶体结构内的纳米颗粒。

72.根据权利要求71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的一区域内基本均匀分布使得所述晶体区域的每个部分呈现出基本相同的光学效应的纳米颗粒。

73.根据权利要求72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使得光子晶体材料的第一和第二区域呈现出基本不同的光学效应的纳米颗粒。

74.根据权利要求73的光学可变安全装置，其中所述纳米颗粒是根据浓度梯度分布的。

75.根据权利要求73的光学可变安全装置，其中所述纳米颗粒分布在具有不同浓度的多个区域内。

76.根据权利要求71到75中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述纳米颗粒是碳纳米颗粒。

77.根据权利要求31到76中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述装置是由多个不同的层构成的，并且其中所述装置适于是基本平面的，并且适于从第一和第二相反面都被观察到。

78.根据权利要求77的光学可变安全装置，其中所述光子晶体材料的第一区域和第二区域中的一个或每一个的至少部分是从所述第一和第二相反面都可观察到的。

79.根据权利要求31到78中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述光子晶体的表面被压印以凸起结构。

80.根据权利要求31到79中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述光子晶体装置的表面被套印。

81.根据权利要求80的光学可变安全装置，其中所述装置被布置为产生一潜像，该潜像根据观察角度是选择性可见的。

82.根据权利要求31到81中任一权利要求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。

83.根据权利要求31到82中任一权利要求的光学可变安全装置，其中所述光子晶体被提供为聚合物薄膜。

84.一种包括根据权利要求31到83中任一权利要求的光学可变安全装置的安全文件，其中所述安全装置附接至安全文件，或者基本包含在安全文件内。

85.根据权利要求84的安全文件，其中所述装置被嵌入在一文件窗口内，从而提供用于在文件的相反的面的每一个面上接收入射光的晶体表面。

86.根据权利要求84或权利要求85的安全文件，其中所述安全装置被提供为从如下组中所选择的一种形式，即安全线、安全纤维、安全片、安全带、安全条或安全箔片。

87.根据权利要求84或85的安全文件，其中所述装置被重叠在、施加到附加的安全特征上，或者构成附加的安全特征的一部分。

88.根据权利要求84或85的安全文件，其中所述安全装置被支撑在一透明层上。

89.根据权利要求84到88中任一权利要求的安全文件，其中所述安全文件是钞票、驾照、护照、身份证、信用卡或借记卡、印花税票、支票、邮票、正品证书、品牌保护商品、债券或付款凭证。

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