CN102307719A - 微浮雕结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种形成作为分层结构体一部分的浮雕图案的方法，包括在所述结构体的一层的表面上形成浮雕图案，随后在所述浮雕图案的至少一部分上形成保护固定层，用于在所述结构体的任何后续加工中保护下面的浮雕图案；由此也提供了一种分层结构体，通常包括表面形成有浮雕图案的基板，其中，所述浮雕的至少一部分设置有保护固定层，用于在该结构体的任何后续加工中，例如在形成设置有浮雕图像的层压结构体时，保持浮雕的特征。

Description

微浮雕结构
技术领域
本发明涉及微浮雕结构、采用嵌入薄膜的结构体以及他们的制造方法。
背景技术
有多种技术可以将微米级或甚至纳米级的浮雕(relief)凸印(emboss)在各种材料中。然而，在进一步机械(凸印、压印)处理，或者，例如，在相对高的温度下、特别是在热塑性材料情况下进行层压时，在浮雕基本上被扰乱或完全擦掉时或存在浮雕图案可能被同样地损坏的危险时，维持浮雕是一个常见难题。
由于衍射指数匹配或者由于浮雕的机械性和/或热塑性破坏，任何已知层压技术都可能彻底擦掉衍射或类似微浮雕，因此，将衍射浮雕嵌入像聚碳酸酯等材料已成为长期存在的问题。
在安全全息信息被嵌入或埋入热塑体内的情况下，对材料的任何干扰都可能使金属元件轻易地从塑料中移除，随后再用于仿造的安全装置或相关工具中。
因此，本发明旨在提供一种方案解决这些问题，其中任何仿造或拆卸尝试都会导致原始法律特征(forensic feature)发生不可逆的分解。
发明内容
本发明涉及在能够接受例如微浮雕图案的材料(例如在表面凸印有微浮雕的热塑性材料)上沉积相对薄的金属或非金属膜，然后固定该浮雕。之后可以提供一种保护层，它也可以包括热塑性材料，或者例如硅基材料。还应明白的是，该另一种层同样可以包括在各种材料间具有适当粘附力的套印(over-painted)层或过沉积(over-deposited)层。同样可以与另一种膜进行层压。在浮雕上这种薄层的出现从本质上改变了其机械性能。
另外，无论是否包括任何另外的保护层，所要求的元件/特征可以完全埋在该结构体体内或者可以简单地布置为由结构体最外围表面构成。
这意味着浮雕可以有利地通过薄层固定以用于热塑性材料被暴露于甚至达到或超过其熔点的高温下的其它应用或技术步骤，而此时微浮雕本身可能会消失或者被严重地修改或以某种方式被扰乱。这可有利地用于浮雕的其他应用，例如，用于安全装置。因此，在进一步的生产步骤中，可以按照以下的方式将凸印材料与另一热塑性膜进行层压：使得一些没有进行浮雕固定的浮雕部分将会丢失任何关于原微浮雕的信息，同时，通过本发明说明的方式固定的部分在层压后被保留。这通常这可以用于当带有衍射图形(diffractive motif)的某种材料(例如金属板)位于另一材料内、通常被埋在热塑体内时的任务。本发明还涉及含有新安全装置的物品的制造和构成，即当嵌入的薄膜箔状离散元件携带有全息及空间信息时。另外，这些元件以能够通过电磁辐射进行读取或检测的方式组织和分散在空间内，或者所述箔部分以可以通过例如光学断层成像或雷达辅助技术进行检测的方式布置。
因此，能够理解的是，根据本发明的一个方面，提供了一种通过在诸如衍射和/或全息结构的、相关于基体形成的微浮雕结构上提供保护层/膜材料来固定该结构的方法。有利的是，该保护层/膜对浮雕结构的光学特性没有影响或仅有有限的影响。具体地，基板可以包括热塑性材料，保护层/膜可包括有利地在基板材料的浮雕结构上生长的金属层膜。
有利的是，本发明还可考虑提供一种选择性定位的固定层，它包括例如生长层或去金属化层，并且它用于以要求形式固定浮雕图案并提供后续保护，尤其是在可能的进一步加工步骤中。
本发明还提供一种在块体(bulk body)内形成诸如薄金属膜/层结构、或有机或无机材料层等薄固定层结构的方法，包括在对块体第二层进行进一步加工之前(根据需要)以图案化方式在块体的中间裸露表面上选择性沉积金属层/膜。有利的是，所述进一步加工包括层压，具体地，进一步加工可用于将块体的两个部分一体化为单一构件，并且使金属层/膜最终埋入和/或嵌入该单一构件中。
有利的是，金属层/膜可以按照上述方式与块基体的浮雕结构关联地形成或者在其上形成。
能够理解的是，在浮雕结构上提供例如金属化层/膜不仅在基板的进一步加工/层压中用于保护浮雕结构，还同样地用于选择性提供一种专利衍射结构，尤其当基板的进一步加工/层压专门设计为考虑到不具这样的保护性的浮雕结构区域的破坏。
该方法还提供明显可识别图形和/或绘制(graphical)字符的形成，包括多个空间定位的嵌入层/膜片段并且具有预定的空间定位，该空间定位可以通过采用适当的辐射而探询。有利的是，每个所述层/膜元件可以根据诸如上文提及的进一步的步骤形成。
当然，还应当理解的是，本发明可提供任何加工步骤的组合，当然对于提供诸如按照这种方法形成的结构，其中层/膜结构可以是诸如上文讨论的结构。
首先，必须应用金属膜，或其它任何适当的非-非金属材料，作为另一实例，金属元件可以在表面上生长而不是从表面上移除(WO2005/078530)。它们可以留在表面上并且将使浮雕固定。因为金属体不必自我支撑(自立)，因此，电镀层可以实质上比先前已知的薄。其薄到可以复制浮雕即可。当然也可使用更厚的元件。然而，提供特别薄的层也会带来另外一些有利影响和特征。例如，用一个相对厚的层，即一个高度略高于结构体的浮雕图案高度的层，所要求的浮雕图案将被精确地复制在界面的一侧，然而，该层的另一侧将不能承载浮雕图案任何这样的细节，基本上是以平面呈现的。然而，如果沉积层的厚度与浮雕的高度/深度相适应，即，例如，不超过深度的两倍或三倍，就可以按照由层形成的两个界面都复制出浮雕结构的方式在沉积层的两侧复制浮雕。
另外，也可以通过另外的技术而不是上述电镀技术提供沉积，例如，可以包括“套印”步骤，带有颜色、非金属层的凸印浮雕。这可以通过这种方式实现：使得平面基板被层覆盖，随后进行凸印。颜色有助于进一步金属化。
优选完成所有这些步骤以实现进一步层压，其中当两个热塑体即时连接时全息图(凸印表面)位于界面中。
本发明有利地采用受控的层沉积以在进一步加工时固定或维持浮雕。这可以通过直接在凸印表面顶部沉积来完成，所沉积的层将复制浮雕。另一种方式是沉积一个专用层，然后对其进行凸印和进一步加工。当然，可以提供具有被曝光和显影的凹部的任何适当的掩膜技术，或适当限定要求的屏蔽物(14)和其边界的任何适当的印刷技术。
本发明涉及呈现浮雕的方式。在其它情况下，浮雕肯定会丢失，或在层压时熔化，或者将没有折射率对比，因此浮雕将具有零光学特性。本发明还涉及层的受控分布，由此层能够薄至几十纳米，就上述申请而言它还是全新的。有利的是，该层厚至“凝固(freeze)”浮雕以显示出一些光学特性变化即可。
附图说明
下文将参考附图对本发明进行进一步说明，这些说明仅作为例子，其中：
图1是穿过用于形成根据本发明实施方式的结构体的凸印基板的示意性横截面图；
图2a-2c是如图1所示基板的示意性平面图，并示出了本发明实施方式的不同加工步骤；
图3a-3c示出了图2a-2c所示结构体的另外的加工步骤；
图4是基板的平面图，示出了根据本发明实施方式可设置在基板内的形状和绘制图形的不同形式；
图5更详细地示出了图4所示的一个图形；
图6示出了根据本发明实施方式的各种形式的天线配置；
图7示出了根据本发明的基板内形成的不同图案的实例；以及
图8a和图8b示出了根据本发明实施方式的基板内在不同层级或位置上简单元件的形成。
具体实施方式
能够理解的是，本发明的一个具体方面涉及提供一种“固定的”微浮雕结构，该结构很容易以离散和独立的方式在例如热塑性基板的主体内提供。
在诸如实施方式所示的本发明实施例中，能够理解的是，优选地，基板被设置为包括至少一个基板层，例如，热塑层，或诸如PET的任何其它合适的材料，其中凸印了微米级或纳米级浮雕结构，随后用极薄导电膜/层覆盖。该层可连续形成，覆盖热塑性基板表面，或可选地，可以图案化方式或其它方式布置为仅保留/覆盖选取的基板部分。极薄导电层基本上比浮雕的高度薄，因此对浮雕的光学、衍射和/或机械特性影响最小化。
参照图1描述形成这种基板的初始阶段的实例。此处示出的分层结构体10包括凸印基板12，凸印基板12包括其上形成有微米级或纳米级浮雕图案的热塑性基板12，该浮雕图案在例如选择形成电绝缘材料屏蔽物14之前形成。
在定位屏蔽物14之后，在未被屏蔽物14覆盖的区域对凸印基板12及其浮雕图案进行电镀，以形成生长层16，包括所示出实例中的极薄金属膜，并且用于将在下方基板12上的浮雕图案提供的全息浮雕“固定”。作为例子，金属层/膜16的影响可以为几纳米到几毫米。应该理解的是，一种可选的加工是，在凸印之前，在基板表面之上印刷或以其他方式沉积一些电介质材料。不管是对图1的层16还是作为印刷的电介质的一部分，可以选择具体的颜色，如果是后者，随后可用适当的摄影型技术对层/膜进行图案化以生成所期望的表面图案。
下面转至图2a-2c，根据本发明实施方式提供了另一基板18的示意图，如图2a所示，在另一基板18上形成了全息衍射浮雕平面20。在该实例中的全息浮雕图案凸印在基板18的表面上。带有浮雕图案20的上表面通过直接印刷或通过平版印刷/掩膜型加工或根据图1示出的实例进行自图案化，使得在预先选取的位置处在基板18的浮雕上提供图案化的叠加金属膜22、24。
正如先前讨论那样，向浮雕结构20引入图案化金属膜22、24用于将在图案22、24下方部分的下层基板18的浮雕结构“固定”。以这种方式，在部分22、24内的浮雕图案实际上是通过金属膜提供，正如所提及那样，金属膜在固定浮雕结构的同时，对浮雕结构的光学/物理特征产生通常非常有限的影响，如图2c进一步所示。
然后，可以例如通过另外的层压步骤，进一步加工具有选择性“固定”的区域22、24(为微结构体)的基板18(图2c)。图3a-3b示出的是这种进一步的层压步骤。首先参见图3a，具有凸印的、已被金属化的全息区域22、24的基板18由如图3a所示的另一层的热塑材料26覆盖。当然，应当理解的是，除了通过例如金属化和/或覆盖/沉积步骤提供固定层外，还可以通过相反的方式提供所需的层，也就是通过选择性去金属化或去除其他材料的步骤以获得所需图案的固定元件。
在进行例如标准的层压加工后，两个热塑性元件(即附加层26和基板18)成为如图3b所示的单个块体18、26，并且具有在该结合块体18、26内包裹的金属化浮雕图案22、24。同样，应当理解的是，作为这样的标准层压技术的可替代选择，本发明考虑任何适当的辅助粘合技术以及涉及层的熔合的技术，以提供所需的结构体。
未由金属22、24覆盖的存在于热塑性基板18内的全息浮雕图案，会由于进一步的层压加工而被扰乱并且通常完全消失，具体地讲，实际上是因为在这些区域内浮雕图案没有如同位置22、24那样通过附加金属膜来固定。
图3c示出的是结合层压体的顶视图，在该图中条纹22、24清晰可见，并承载了基板18的初始微结构体的全息信息。
当然，能够理解的是，可以采用各种图案化技术以根据本发明形成各种各样的形状和绘制图形。此外，本发明不限于图2和图3中示出的“S”条纹。而且，热塑体28可以具有各种各样的形状和图形，例如图4中示出的连串的点30、直线32、随机点34或有组织的点36、扭索状图案38、以及常规图形40和实心区域元件42。
转至图5，图5示出了包括图4中示出的常规图形40的一个可能图案，由图5的细节可以确认，该图案由小点/元件46的图案化阵列形成。可以采用例如由a1、a2、aj；b1、b2；和c1、c2示出的各个点的坐标位置和大小，不仅在组合后提供图形的易于识别的直观指示，也可以通过它们的预定空间方位提供这些点/元件46的配置，通过使用电磁波探询(例如雷达辅助技术)通过观察结构体的衍射图案很容易检测到该配置。当然，每个具体元件的特征尺寸以及每个元件之间的间隔是可以改变的，并且在某种程度上由元件的绘制终端(graphical termination)所采用的实际技术决定。
作为一个例子，标准光学平板蚀刻和掩膜技术以及印刷技术的使用允许精度达几个微米级，可以提供1μm范围中的特征。事实上通过先进的光学平板蚀刻技术(通常辅助以UV)、甚至电子束写入技术的使用，能够提供小至100nm的元件的细节的可能的刻画(potential depiction)。以这种方式，浮雕结构的具体细节在尺寸上可以与释放自身的特征尺寸相适应。
可以理解的是，通过适当选择的各个元件之间的间隔，很容易实现例如识别文件的附加激光辅助写入和/或激光个性化。更进一步地，这些元件所采用的密度用于控制结构体的透明度，并且由于很容易以通常小于肉眼观察到的尺寸提供各个元件，所以即使采用金属元件的结构体也可以显出半透明的外观。
可以证实以这种方式提供图形具有独特的优点，为了可能的以伪造方式再次使用，任何将图形从基板体释放的企图，将导致各个元件之间的空间关系变形，而这种变形在通过电磁波或其他形式的雷达辅助技术的后续调查中可以容易地识别。因此，即使不容易通过肉眼辨识出图形48的变形，依靠各个元件的空间关系的进一步调查将表明出现了某些形式的变形，从而表明有滥用带有图形的安全标签/结构的企图。
当然，可以理解的是，根据本发明的基板内嵌入的金属化结构本身可以包括电子组件，图6示出了具有金属化部分的基板50，该金属化部分形成偶极天线52(宽度为w、长度为l)、以及电感型天线54和具有三角半环的蝶形天线56(具有图中指出的相应尺寸e、Wb和e/2)。可通过该技术实现的具体元件的尺寸具有的有利特征是，可以提供在例如高至THz的广谱频率内工作的各种基本电子元件。对于1μm级、甚至更小的元件的尺寸，用以实施本发明的方法考虑由所谓的光子器件和超材料(meta-material)器件的种类(category)产生冰。
更进一步地，这些元件也可以由适当的半导体或电介质材料舒适地形成，以便帮助在整个结构体内结合印刷电子特征。
图7示出另一种布置，其中，基板58内嵌入的金属化部分具有集成电路或电子器件60，并且包括用于其的导电接触件62。提供这种连接结构尤其可用于标准电子配置，例如，针对表面安装器件或诸如印刷电子或纳米凸印电子元件的应用所采用的标准电子配置。
最后参见图8a和8b，其示出了在热塑性块体64内的不同层级设置的各种金属元件。也就是说，从图8a的透视正面图和图8b的侧面图中，能够理解的是，元件66、68都设置在块体64内的上层级，而元件70设置在下层级。
因此，应当理解的是，本发明可以提供一种形成作为分层结构体一部分的浮雕图案的方法，包括在所述结构体的一层的表面上形成浮雕图案，随后在所述浮雕图案的至少一部分上形成保护固定层，用于在所述结构体的任何后续加工中保护下面的浮雕图案；因而还提供了一种分层结构体，通常包括在其表面上形成有浮雕图案的基板，其中，所述浮雕的至少一部分设置有保护固定层，用于在该结构体的任何后续加工(例如，在形成浮雕图案被设置在其中的层压结构体时)中保持浮雕图案的特征。
当然，可以理解的是，本发明不限于上述实施方式的细节，任何适合的材料都可以用于固定基板的浮雕结构，在某些情况下，金属化元件不包括任何特定的浮雕图案。对于本发明的这些实施方式，在被“固定”的层(不管是否金属化)表现出不存在的浮雕图案时，结构体的那个部分可以被认为是包含极小(negligible)梯度的浮雕图案。

Claims (44)

1.一种形成作为分层结构体的一部分的浮雕图案的方法，包括：在所述结构体的一层的表面形成浮雕图案，随后在所述浮雕图案的至少一部分上形成保护固定层，用于在所述结构体的任何后续加工中保护下面的浮雕图案。
2.根据权利要求1所述的方法，包括形成微浮雕图案的步骤。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，包括形成衍射和/或全息的表面浮雕图案的步骤。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，包括在所述结构体的基板或其他适当的层上形成所述浮雕图案。
5.根据权利要求1至4中任一项或多项所述的方法，包括在热塑性材料层的表面形成所述浮雕图案的步骤。
6.根据权利要求1至4中任一项或多项所述的方法，包括在一个有机或无机材料层的表面形成所述浮雕图案的步骤，其中，所述固定层可以包括有机或无机材料。
7.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述后续加工步骤包括增加覆盖至少所述保护固定层的另一个层的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述另一个层由与所述基板或所述其他适当的层相同或不同的材料形成。
9.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，包括提供透明的固定层和/或透明的、所述结构体的所述层。
10.根据权利要求1至8中任一项或多项所述的方法，提供不透明的固定层或不透明的所述层。
11.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，包括提供金属化的固定层和/或金属化的所述层。
12.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，包括选择定位所设置的所述固定层。
13.根据权利要求12所述的方法，包括在所选择的一个或多个位置沉积所述固定层的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，包括电镀沉积所述固定层的步骤。
15.根据权利要求12、13或14中任一项所述的方法，包括移除步骤以实现所述固定层的所述选择定位。
16.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，包括用于提供所述固定层的套印步骤。
17.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述固定层被布置用于提供所述浮雕图案的复制。
18.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述固定层被布置用于在所述结构体内形成电子电路元件。
19.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述固定层被布置用于在所述结构体内形成光子器件。
20.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述固定层形成所述结构体的表面元件或内埋元件中的一个的至少一部分。
21.一种分层结构体，包括在所述结构体的一层的表面上的浮雕图案，以及设置在所述浮雕图案的至少一部分上的保护固定层，该保护固定层被布置用于在所述结构体的任何后续加工中保护下面的浮雕图案。
22.根据权利要求21所述的分层结构体，其中，所述浮雕图案包括微浮雕图案。
23.根据权利要求21或22中任一项所述的分层结构体，其中，所述浮雕图案包括衍射和/或全息的表面浮雕图案。
24.根据权利要求21、22或23中任一项所述的分层结构体，其中，所述层包括基板或其他适合的层。
25.根据权利要求21至24中任一项或多项所述的分层结构体，其中，所述层包括热塑性材料层。
26.根据权利要求21至24中任一项或多项所述的分层结构体，其中，所述层和/或固定层包括一个有机或无机材料层。
27.根据权利要求21至26中任一项或多项所述的分层结构体，包括覆盖至少所述保护固定层的另一个层。
28.根据权利要求27所述的分层结构体，其中，所述另一个层由与所述基板相同或不同的材料形成。
29.根据权利要求21至28中任一项或多项所述的分层结构体，包括透明的固定层或透明的所述层。
30.根据权利要求21至28中任一项或多项所述的分层结构体，包括不透明的固定层和/或不透明的所述层。
31.根据权利要求21至30中任一项或多项所述的分层结构体，其中，所述固定层包括金属化的固定层。
32.根据权利要求21至31中任一项或多项所述的分层结构体，其中，所述固定层被选择性定位于所述浮雕图案的区域的上方。
33.根据权利要求32所述的分层结构体，包括沉积的固定层。
34.根据权利要求33所述的分层结构体，包括电镀沉积的固定层。
35.根据权利要求32、33或34中任一项所述的分层结构体，其中，所述固定层的区域被移除以得到所述固定层的选择位置。
36.根据权利要求21至35中任一项或多项所述的分层结构体，包括套印的固定层。
37.根据权利要求21至36中任一项或多项所述的分层结构体，其中，所述固定层被布置用于提供所述浮雕图案的复制。
38.根据权利要求21至37中任一项或多项所述的分层结构体，其中，所述固定层被布置用于在所述结构体内形成电子电路元件。
39.根据权利要求21至38中任一项或多项所述的分层结构体，其中，所述固定层被布置用于在所述结构体内形成光子器件。
40.根据权利要求21至39中任一项或多项所述的分层结构体，其中，所述固定层形成所述结构体的表面元件或内埋元件中的一个的至少一部分。
41.根据权利要求12至15中任一项或多项所述的方法，其中，所述固定层包括适合大小的离散固定层元件，所述固定层元件被分隔开以允许关于所述结构体的激光写通过程。
42.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，包括提供显示出极小梯度的浮雕图案的步骤。
43.根据权利要求32至35中任一项或多项所述的分层结构体，其中，所述固定层包括具有适合大小的离散固定层元件，所述固定层元件被分隔开以允许关于所述结构体的激光写通过程。
44.根据权利要求21至40中任一项所述的分层结构体，其中，所述浮雕图案显示出极小的梯度。
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