CN102497994B - 纂改指示光学安全装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种操作产生一个或多个合成图像的纂改指示光学安全装置。从下面的基体材料分离（例如，强制移除）该装置的任何尝试将使得安全装置的一层或多层分开或分层，使得该装置完全或部分不可操作。除了其它之外，本发明装置设想用于货币或钞票；安全文件，例如，债券、支票、旅行支票、身份卡、彩票、护照、油票和股票；以及非安全文件，例如，文具物品和标签。本发明装置还设想用于消费物品以及与消费物品一起使用的袋或包装。

Description

纂改指示光学安全装置
相关申请的交叉引用
本申请是2007年6月29日提交的美国专利申请序列号11/771,623以及2007年10月31日提交的美国专利申请序列号11/932,468的部分延续，这两个申请都要求2004年11月22日提交的美国专利申请序列号10/995,859（现在US7333268）的优先权，美国专利申请序列号10/995,859要求2003年11月21日提交的美国临时专利申请序列号60/524,281、2004年1月22日提交的美国临时专利申请序列号60/538,392和2004年11月12日提交的美国临时专利申请序列号60/627,234的优先权，它们全部通过参考全文引入，且本申请要求2009年8月12日提交的美国临时专利申请序列号61/233,264的权益和优先权，其通过参考全文引入。
技术领域
本发明总体上涉及操作产生一个或多个合成图像的纂改指示光学安全装置，其中，从下面的基体材料分离该装置的任何尝试将使得该装置完全或部分不可操作。
背景技术
用于投影合成图像的微光膜材料通常包括：（a）发光聚合物基底、（b）位于聚合物基底上或内的微尺寸图像图标设置、和（c）聚焦元件（例如，微透镜）设置。图像图标和聚焦元件设置配置成使得当图像图标设置通过聚焦元件设置观看时，一个或多个合成图像被投影。这些投影图像可以显示多个不同光学效果。能够展现这种效果的材料结构在Steenblik等的美国专利No.7,333,268、Steenblik等的美国专利No.7,468,842、Steenblik等的美国专利No.7,738,175、Commander等的美国专利申请公布No.2009/0034082、Kaule等的美国专利申请公布No.2009/0008923、Kaule等的美国专利申请公布No.2010/0177094、Kaule等的美国专利申请公布No.2010/0182221、Kaule等的欧洲专利申请No.08784548.3以及Kaule的欧洲专利申请No.08759342.2中描述。
这些膜材料可以用作安全装置，用于认证钞票、安全文件和产品。对于钞票和安全文件，这些材料通常以条或丝线（thread）的形式使用，且部分地嵌埋在钞票或文件中或者涂覆于其表面上。对于护照或其它身份（ID）文件，这些材料可以用作整个叠层。
虽然这种装置已经在过去使用，但是它们没有例如“剥离破坏”（peeltodestroy）纂改指示属性。纂改指的是对装置的未授权干扰（即，试图从物体移开该装置），不管是用于假冒、伪造或置换目的。
发明内容
因而，本发明提供一种操作产生一个或多个合成图像的纂改指示安全装置，所述装置粘附或结合到基体材料（例如，护照纸）上，其中，当试图从基体材料分离该装置时，该装置分开或分层，使得该装置完全或部分不可操作。如本文使用的，措辞“完全或部分不可操作”旨在表示本发明装置将：（a）不再能够产生一个或多个合成图像（完全不可操作），或者（b）仅仅能够产生减少数量的合成图像（部分不可操作）。
本发明的纂改指示安全装置在试图从物体移开该装置时不可逆地变化。因而，该装置不能在不检测到更换的情况下移开且再次粘附到另一物体（例如，假冒物体）上。
本发明装置可在使用或不使用粘结剂的情况下粘附或结合到下面的基体材料上。通过示例的方式，结合可以使用将该装置直接超声焊接、振动焊接和激光熔合到基体材料上而实现。
本发明的纂改指示安全装置包括光学膜材料，所述光学膜材料包括含有聚焦元件（例如，透镜）的至少一层、含有图像元件（例如，图标）的至少一层、以及位于聚焦元件层和图像元件层之间的至少一个光学间隔器或间隔器层，其中，聚焦元件形成图像元件的至少一部分的一个或多个合成图像。所述光学膜材料还可任选地包括选自以下组的一层或多层：结合弱化层、底漆或粘结剂层、及其组合。此外，聚焦元件层可任选地构成部分或完全嵌埋层，如下文更详细所述。
本发明的安全装置还可任选地包括涂覆到该装置的一侧或相对侧的一层或多层，这些层包括但不限于：印刷层（例如，后侧印刷层）、镀金属和/或部分脱金属层、底漆或粘结剂层、密封层或涂层、加固层、及其组合。
当本发明装置粘附或结合到基体材料且试图从基体材料分开该装置时，该装置设计成失效，失效通常在聚焦元件层和图像元件层内内部地发生和/或在聚焦元件层和图像元件层之间发生。
分开试图的范围可以从尝试从基体材料拉该装置，到尝试在膜材料和基体材料之间滑动尖锐物体（例如，刀片），到化学、热、低温或机械振动。
在一个设想实施例中，所述光学膜材料还包括光学间隔器或间隔器层。更具体地，该设想实施例的纂改指示安全装置包括：
（a）光学膜材料，所述光学膜材料包括含有聚焦元件的至少一层、含有图像元件的至少一层、以及光学间隔器或间隔器层，所述光学间隔器或间隔器层位于所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层之间且粘附到所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层，其中，聚焦元件形成图像元件的至少一部分的一个或多个合成图像；以及
（b）任选地，选自以下组的一层或多层：印刷层、镀金属和/或部分脱金属层、底漆或粘结剂层、密封层或涂层、加固层、及其组合。
该设想实施例的纂改指示安全装置可设计用于任何层的层内失效或者在聚焦元件层和图像元件层之间的任何界面处的层间失效，例如在聚焦元件层和光学间隔器之间或者在光学间隔器和光学膜材料的图像元件层之间。具体地，当该装置粘附到基体材料且试图从基体材料分开该装置时，这种试图中内在的应力将集中于一组提到的这些层的界面处。
在另一个设想实施例中，底漆或粘结剂层和两个光学间隔器或间隔器层用于光学膜材料中。更具体地，该设想实施例的纂改指示安全装置包括：
（a）光学膜材料，所述光学膜材料包括含有聚焦元件的至少一层、含有图像元件的至少一层、以及由底漆或粘结剂层粘附在一起的两个光学间隔器或间隔器层，所述两个光学间隔器或间隔器层位于所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层之间且粘附到所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层，其中，聚焦元件形成图像元件的至少一部分的一个或多个合成图像；以及
（b）任选地，选自以下组的一层或多层：印刷层、镀金属和/或部分脱金属层、底漆或粘结剂层、密封层或涂层、加固层、及其组合。
该设想实施例的纂改指示安全装置可设计用于光学膜材料的一个光学间隔器或间隔器层和底漆或粘结剂层之间的层间失效。
在又一个设想实施例中，结合弱化层引入光学膜材料中，其中，失效设计成在该层内发生和/或在该层和一个或多个相邻或邻近层之间发生。
在又一个设想实施例中，聚焦元件是反射聚焦元件或者聚焦反射体，其中，层间失效可设计成在例如涂覆到聚焦反射体的表面上的反射（例如，金属）层和聚焦反射体之间发生或者在光学间隔器和聚焦反射体之间发生。
为了实现所述层内和/或层间失效，本发明安全装置设计成使得：
（a）安全装置中的目标层的粘结强度小于安全装置中的其它层的粘结强度；和/或
（b）安全装置中的两层之间的目标界面的结合强度小于安全装置中的其它层之间以及安全装置和基体材料之间的界面的结合强度。
如下文更详细所述，本发明安全装置可设计成结合这些相对粘结强度和/或结合强度，这有助于目标层处或聚焦元件层和图像元件层之间的目标界面处的层内失效和/或层间失效或分层，借助于：
（1）将一个或多个目标层或界面的刚度（杨氏模量或拉伸模量）、结合强度或交联密度相对于安全装置的其余层或界面增加或减小；
（2）将应力诱导（例如，体积改变）成分引入安全装置的一个或多个目标层中；和/或
（3）在安全装置的两层之间的目标界面处引入结合弱化层。
本领域普通技术人员从以下详细描述和附图将清楚本发明的其它特征和优势。除非另有限定，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解相同的涵义。本文提到的所有公布、专利申请、专利和其它参考文献通过参考全文引入。在相冲突的情况下，本说明书（包括定义）将加以控制。此外，材料、方法和示例仅仅是说明性的且不旨在是限制性的。
附图说明
本发明可以参考以下附图更好地理解。在附图中，匹配的附图标记表示相对应的部件，且附图中的部件不必按比例绘制，相反，重点在于清楚地图示本发明的原理。虽然结合附图公开了示例性实施例，但是不旨在将本发明限于本文公开的一个或多个实施例。相反，旨在涵盖所有替代方案、变型和等价物。
本发明的具体特征通过参考附图图示，在附图中：
图1A是本发明的纂改指示安全装置的一个实施例的截面侧视图，其中，光学膜材料包括一个聚焦元件层、一个图标层和光学间隔器，光学间隔器位于这些层之间且粘附到这些层，膜材料在不使用粘结剂的情况下直接粘附或结合到基体材料；
图1B示出了在试图从基体材料分离该装置时图1A所示的纂改指示安全装置的光学间隔器和图标层之间的层间失效；
图2A类似于图1A，除了聚焦元件层是凸透镜的嵌埋层之外；
图2B示出了图2A的纂改指示安全装置的聚焦元件层和光学间隔器之间的层间失效，而图2C示出了光学间隔器和图标层之间的层间失效；
图3A类似于图1A，除了聚焦元件层是凹透镜的嵌埋层之外；
图3B示出了图3A的纂改指示安全装置的聚焦元件层和光学间隔器之间的层间失效，而图3C示出了光学间隔器和图标层之间的层间失效；
图4A类似于图1A，除了聚焦元件层是凸梯度折射率（GRIN）透镜的嵌埋层之外；
图4B示出了图4A的纂改指示安全装置的聚焦元件层和光学间隔器之间的层间失效，而图4C示出了光学间隔器和图标层之间的层间失效；
图5A是本发明的纂改指示安全装置的又一个实施例的截面侧视图，其中，光学膜材料包括一个聚焦元件层、一个图标层和通过底漆或粘结剂层粘附在一起的两个光学间隔器，所述两个光学间隔器位于聚焦元件层和图标层之间且粘附到聚焦元件层和图标层，膜材料在不使用粘结剂的情况下直接粘附或结合到基体材料；
图5B示出了图5A所示的纂改指示安全装置的一个光学间隔器和底漆或粘结剂层之间的层间失效；
图6A类似于图5A，除了聚焦元件层是凸透镜的嵌埋层之外；
图6B示出了图6A所示的纂改指示安全装置的一个光学间隔器和底漆或粘结剂层之间的层间失效；
图7是本发明的纂改指示安全装置的另一个实施例的截面侧视图，其中，光学膜材料包括：一个聚焦元件层；一个图标层；光学间隔器，光学间隔器位于聚焦元件层和图标层之间且粘附到聚焦元件层和图标层；涂覆到图标层下侧的加固层，用于促进光学间隔器和图标层之间的失效；和粘结剂层，粘结剂层用于将膜材料粘附或结合到基体材料；和
图8是本发明的纂改指示安全装置的又一个实施例的截面侧视图，其中，光学膜材料包括：镀金属聚焦反射体（取代折射透镜）层；图标层；光学间隔器或间隔器层，所述光学间隔器或间隔器层位于聚焦反射体层和图标层之间；和粘结剂层，粘结剂层包埋聚焦反射体层且如上所述用于将膜材料粘附或结合到基体材料。
具体实施方式
本发明人认识到“剥离破坏”特征的有用性，已经开发了一种纂改指示安全装置，所述纂改指示安全装置设计成在试图从下面的基体材料分开该装置时发生层内和/或层间失效。
本发明装置可以采用例如安全条、丝线、小片、镶嵌物或覆盖物的形式，且除了其它之外，设想用于货币或钞票、安全文件（例如，债券、支票、旅行支票、身份卡、彩票、护照、油票和股票）以及非安全文件（例如，文具物品和标签）。本发明装置还设想用于消费物品以及与消费物品一起使用的袋或包装。
现在参考附图中的图1A，总体上以10示出了本发明的纂改指示光学安全装置的示例性实施例。装置10基本上包括光学膜材料12，所述光学膜材料12包括包含聚焦元件的层14、包含图标的层16和光学间隔器18，光学间隔器18位于聚焦元件层14和图标层16之间且粘附到聚焦元件层14和图标层16，聚焦元件形成图标的至少一部分的至少一个合成图像20。当由聚焦元件形成两个不同合成图像时，一个合成图像可以操作调制或控制另一个合成图像的外观范围（extentoftheappearance），如美国7,738,175中所述，其通过参考全文引入。在图1A所示的示例性实施例中，本发明的纂改指示光学安全装置10显示为通过例如使用热以将材料密封或熔合在一起、使用压敏粘结剂材料或者形成互锁微结构来直接粘附到基体材料22。
图2A、3A、4A示出了与图1A所示实施例类似的实施例，除了以下之外：在图2A中，聚焦元件层14是凸透镜24的嵌埋层，附图标记26用于表示包埋材料；在图3A中，聚焦元件层14是凹透镜28的嵌埋层；在图4A中，聚焦元件层14是凸梯度折射率（GRIN）透镜30的嵌埋层。
图5A、6A示出了本发明的纂改指示安全装置10的实施例，其中，光学膜材料12包括一个聚焦元件层14（图6A所示的嵌埋聚焦元件层）、一个图标层16和通过底漆或粘结剂层32粘附在一起的两个光学间隔器18a、18b，所述两个光学间隔器18a、18b位于聚焦元件层14和图标层16之间且粘附到聚焦元件层14和图标层16，膜材料在不使用粘结剂的情况下直接粘附或结合到基体材料22。
聚焦元件层14的聚焦元件可以是折射聚焦元件、反射聚焦元件、或混合折射/反射聚焦元件。在一个实施例中，如附图所示，聚焦元件可以是折射微透镜阵列。合适的聚焦元件的示例在Steenblik等的美国专利No.7,333,268、Steenblik等的美国专利No.7,468,842、和Steenblik等的美国专利No.7,738,175中公开，如上所述，其全部通过参考全文引入，如同在本文完整阐述那样。
如上所述，聚焦元件层14可以部分或全部嵌埋，其中，该层的部分或全部嵌埋用于改进本发明安全装置对光学降级外部效果的抵抗性。在这种实施例中，从本发明装置的外表面到折射界面的折射率在第一和第二折射率之间变化，第一折射率明显地或者在测量上不同于第二折射率。如本文使用的，措辞“明显地或者在测量上不同”指的是折射率的差异使得聚焦元件的焦距长度改变至少大约0.1微米。
折射率的差异可以使用材料（下文称为“第二材料”）实现，其（i）填充聚焦元件的至少一部分之间的间隙空间和/或覆盖这些聚焦元件，从而形成与用于形成聚焦元件的材料（下文称为“第一材料”）不同的界面，或者（ii）分散到第一材料中，从而与第一材料形成梯度界面。第二材料可以部分或全部包埋聚焦元件层或者可以封装本发明装置。更优选地，第二材料形成聚焦元件层的外部边界（聚焦元件层的完全嵌埋）或者形成聚焦元件和图标层两者的外部边界（纂改指示安全装置的完全封装）。
第二材料可以是透明的、半透明的、带色彩的或着色的，且可以提供用于安全和认证目的的附加功能，包括依赖于光学效果、导电性或电容、磁场检测而支持自动化货币认证、验证、跟踪、计数及检测系统。合适的材料可以包括粘结剂、凝胶、胶、漆、液体、模制聚合物、以及包含有机或金属分散体的聚合物或其它材料。
图标层16的图标可以是正或负图标元件。此外，图标元件可以使用多种不同技术形成。例如，图标元件可以通过热成形、铸造、压模、注模、浮凸、图案化辐射曝光和显影、激光曝光和显影、喷墨印刷、电印刷、印刷、雕饰、电成形、照相、全息以及与已知的硬化和蚀刻或膨胀过程、掩膜和沉积过程、掩膜和化学蚀刻、掩膜和反应离子蚀刻、掩膜和离子束研磨、显微机加工、激光机械加工和激光烧蚀、光敏聚合物曝光和显影相结合的光敏感光乳剂的激光曝光，以及其它适当的方法及其组合。在一个实施例，图标元件是聚合物基底中的空隙或凹部形式的微结构，或者其相反成形柱，其中，空隙（或凹部）或包围成形柱的区域任选地用对比物质填充，所述物质例如染料、着色剂、颜料、粉状材料、墨、粉状矿物、金属材料和颗粒、磁性材料和颗粒、镀金属材料和颗粒、磁性反应材料和颗粒、磷、液晶、液晶聚合物、碳黑或其它光吸收材料、二氧化钛或其它散光材料、光晶、非线性晶体、纳米颗粒、纳米管（nanotube）、buckey球（buckeyball）、buckey管（buckeytube）、有机材料、珠光材料、粉状珍珠、多层干涉材料、乳白色材料、彩虹色材料、低折射率材料或粉末、高折射率材料或粉末、金刚石粉、结构颜色材料、极化材料、极化旋转材料、荧光材料、磷光材料、热致变色材料、压电致变色材料、光致变色材料、摩擦发光材料、电致发光材料、电致变色材料、磁致变色材料和颗粒、放射性材料、辐射激活材料、电荷分离材料及其组合。合适的图标元件的示例还在Steenblik等的美国专利No.7,333,268、Steenblik等的美国专利No.7,468,842、和Steenblik等的美国专利No.7,738,175中公开，如上所述，其全部通过参考全文引入，如同在本文完整阐述那样。
光学间隔器或间隔器层18包括在聚焦元件层14和图标层16之间。在一个这样的实施例中，光学间隔器或间隔器层18结合到聚焦元件层14或图标层16或者形成为聚焦元件层14或图标层16的一部分。在另一个实施例中，聚焦元件层14的厚度增加以允许聚焦元件是独立式的。在又一个实施例中，光学间隔器或间隔器层18a结合到另一个光学间隔器或间隔器层18b。在这些实施例中，层间失效可以设计成在例如光学间隔器或间隔器层18和图标层16之间、在聚焦元件层14和光学间隔器或间隔器层18之间或者在一侧上包含聚焦元件的光学间隔器或间隔器层18和相对侧上包含图标元件的光学间隔器或间隔器层之间发生。
光学间隔器或间隔器层18可以使用一种或多种基本上透明的或半透明聚合物形成，包括但不限于：聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚亚烯萘（polyethylenenapthalate）、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚偏二氯乙烯等。在示例性实施例中，光学间隔器或间隔器层18使用聚酯或聚对苯二甲酸乙二酯形成。
本发明的纂改指示安全装置10还可以包括附加特征，如在Steenblik等的美国专利No.7,333,268、Steenblik等的美国专利No.7,468,842、和Steenblik等的美国专利No.7,738,175中所述，如上所述，其全部通过参考全文引入，如同在本文完整阐述那样。例如且如上所述，安全装置10还可任选地包括一层或多层，例如印刷层、镀金属或部分镀金属层、底漆或粘结剂层、密封层或涂层、和加固层。在一个这样的实施例中，安全装置10还包括涂覆到图标层侧面的密封层或涂层，用于保护该层。密封层或涂层可以是透明的、半透明的、着色的、染色的、不透明的、金属的、磁性的、光学上可变的、或是这些的任何组合，其提供期望光学效果及/或附加功能，用于安全和认证目的，包括依赖于光学效果、导电性或电容、磁场检测而支持自动化货币认证、验证、跟踪、计数及检测系统。合适的密封层或涂层材料可以包括下文列举的可辐射固化树脂中的任一种，加上许多不同的可商业获得的涂料、墨、外涂层、清漆、漆、和用于印刷以及纸和膜转换行业的无色涂层。
在一个实施例中，安全装置10基本上根据Steenblik等的美国专利No.7,333,268、Steenblik等的美国专利No.7,468,842、和Steenblik等的美国专利No.7,738,175所述的过程或多个过程制备。例如，安全装置10可以通过以下步骤制备：（a）将基本上透明或无色的可辐射固化树脂涂覆到光学间隔器或间隔器层18的上表面和下表面；（b）在光学间隔器18的上表面上形成微透镜阵列且在其下表面上形成微结构（例如，凹部和/或成形柱）形式的图标阵列；（c）使用辐射源固化基本上透明或无色的树脂；（d）用着色树脂或墨填充图标阵列凹部和/或成形柱周围的区域；和（e）从光学间隔器18的下表面去除过多的树脂或墨。
合适的可辐射固化树脂包括但不限于：丙烯酸、环氧树脂、聚酯、丙烯酸聚酯、聚丙烯、氨基甲酸乙酯、氨酯丙烯酸酯（acrylatedurethane）等等。优选地，使用可从LordChemical获得的氨酯丙烯酸酯以形成阵列。
如上所述，安全装置10可以用于货币或钞票、安全文件（例如，身份（ID）卡）和消费物品的认证。一般来说，安全装置10可以粘附到需要安全装置的任何基体材料，包括但不限于诸如塑料、聚合物膜（例如，丙烯酸、玻璃纸、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯聚合物、聚偏二氯乙烯、尼龙）、皮革、金属、玻璃、木、纸或纸状材料、布等的材料。
在一个设想实施例中，安全装置10粘附或结合到护照纸上。
如上所述，安全装置10可以在使用粘结剂或不使用粘结剂的情况下粘附或结合到下面的基体材料22。在不使用粘结剂的情况下结合可以使用例如热焊接技术实现，例如超声焊接、振动焊接和激光熔合。用于将装置10粘附到基体材料22的粘结剂可以是热熔粘结剂、热激活粘结剂、压敏粘结剂和聚合叠层膜（polymericlaminatingfilm）中的一种。这些粘结剂性质上优选是可交联的，例如紫外（UV）固化丙烯酸或环氧树脂，交联在粘结剂处于熔融相时或者在冷却后实现。
在图1B、2C、3C和4C中示出了在试图从基体材料22分离装置10时光学膜材料12的光学间隔器或间隔器层18和图标层16之间的层间失效。这些附图中所示的广受欢迎的层间失效或分层可以通过以下方法实现：
（1）增加或减小图标层16的刚度（杨氏模量或拉伸模量）、结合强度或交联密度；
（2）将应力诱导（例如，体积改变）成分引入图标层制剂中或者涂覆到图标层16的一侧的密封层或涂层制剂中；和/或
（3）在光学间隔器或间隔器层18和图标层16之间的界面处引入结合弱化或牺牲性层。
在图2B、3B和4B中，示出了聚焦元件层14和光学间隔器18之间的层间失效。这种层间失效或分层可以通过以下方法实现：增加或减小聚焦元件层14的刚度、结合强度或交联密度；将应力诱导成分引入该层中；和/或在层14和光学间隔器18之间的界面处引入结合弱化层。本领域技术人员将容易清楚，图1B中的层间失效还可以设计成在聚焦元件层14和光学间隔器18之间发生。
在图5B和6B中，示出了在一个光学间隔器18a和底漆或粘结剂层32之间的层间失效。这种层间失效或分层可以通过以下方法实现：制剂底漆或粘结剂层32以便减小其层间结合强度从而施加或诱导的应力沿该平面传播，例如通过减小其刚度或交联密度；或通过将应力诱导成分引入用于制备该层的制剂中。
如上所述，层间失效或分层还可以通过增加或减小图标层16的刚度、结合强度或交联密度实现。增加图标层16的刚度和交联密度可以通过例如以下实现：（1）在制造期间增加整个安全装置10或者仅仅图标层16对辐射（例如，UV或电子束辐射）的暴露，或（2）一旦装置10在基体材料22上就位，就增加整个安全装置10或者仅仅图标层16对辐射的暴露。
在一个这样的设想实施例中，层间失效通过增加整个膜材料12或装置10暴露于辐射的时间而实现。聚焦元件和图标层14、16通常是可交联热固化层，而光学间隔器18是热塑性层。增加辐射暴露时间将用于将这些层中的交联水平增加一定程度，且因而增加刚度或杨氏模量（ASTMD747-10,D882-10或D2240-05(2010)）和粘结强度的水平。层间失效将在光学间隔器或间隔器层18和相对刚硬的图标层16之间发生，因为在施加或诱导的应力（例如，压力、折曲、收缩）期间，图标层抵抗折曲，而聚焦元件层14能够连同光学间隔器一起折曲。具体地，由于形成应力释放区域的聚焦元件之间的间隙，施加到膜材料12/在膜材料12内诱导的应力不从聚焦元件传播到聚焦元件。图标层16通常是连续或几乎连续的层，且将应力传播到相邻图标区域中，从而增加该层和邻近层之间分开和结合断开的趋势。增加辐射暴露时间并不用于改变光学间隔器的刚度，从而其保持相对图标层的柔性，因而增加层之间分开的趋势。
优选地，层间失效通过增加仅仅图标层16的辐射暴露时间来实现。如本领域技术人员清楚的，选择性地增加图标层16对辐射的暴露将有利地防止聚焦元件层14的降级或改变，从而保留该层的良好耐磨性。在该优选实施例中，图标层16的刚度或杨氏模量大于聚焦元件层14的刚度或杨氏模量。
由于上述原因，增加聚焦元件层14的刚度和交联密度优选通过增加仅仅聚焦元件层14的辐射时间来实现，同时避免其它层的降级。
最佳地在图7中示出，增加图标层16的刚度还可以通过将相对刚硬的支承或加固层34涂覆到该层来实现。在此，安全装置使用粘结剂36粘附或结合到基体材料22。合适的加固层可以从多功能单体和低聚物制备，包括但不限于多功能丙烯酸酯单体和低聚物，例如聚酯四丙烯酸酯（polyestertetraacrylate）（拉伸强度：6000psi）、双酚A型环氧二丙稀酸酯（拉伸强度：13900psi）和二丙二醇二丙烯酸酯（拉伸强度：9100psi），其可从SartomerUSA,LLC,502ThomasJonesWay,Exton,PA19341获得，相对刚度由层34中的交联密度程度控制。在该实施例中，层间失效在光学膜材料12的光学间隔器18和图标层16之间发生。
层间失效还可以通过将应力诱导（例如，体积改变）成分引入用于制备目标层（例如，图标层16或者涂覆到图标层16的一侧的密封层或涂层制剂）的制剂中来实现。应力诱导成分包括但不限于在固化时收缩或产生气体的成分（例如，膨胀聚亚安酯泡沫）、在暴露于某些液体或气体时膨胀的成分、在温度变化时经受相变或相分离的成分（例如，经受相变以变为多晶体或晶体的无定形聚合物）。当引入用于制备例如图标层16的制剂中时，应力诱导成分在该层中引起内在应力，从而弱化图标层16和邻近层之间的结合。当引入用于制备密封层或涂层制剂的制剂中时，内在应力的密封层或涂层将在图标层16上施加力，这用于类似地弱化图标层16和邻近层之间的结合。
所述层内失效还可以通过在聚焦元件层14和图标层16之间的界面处引入一致的或带图案的结合弱化或牺牲性层（例如，具有相对低粘结强度的漆或其它材料，例如包括汽相沉积或喷镀金属的金属、或介电材料）来实现。合适的结合弱化或牺牲性层使用具有相对低粘结强度的材料（即，应力引起的拉伸破裂（在没有塑性变形的情况下）相对低的材料）制备，且包括但不限于漆、金属层（例如，汽相沉积或喷镀金属层）和介电涂层。
对于采用聚焦反射体的非折射实施例，层间失效可以通过将一致的或者带图案的金属层38涂覆到聚焦反射体表面40上而实现，最佳地如图8所示。在此，金属层38用于改进聚焦效率，同时允许在试图从下面的基体材料22分离装置10时发生层间失效。在该实施例中，粘结剂材料42填充聚焦反射体之间的间隙空间且覆盖聚焦反射体。从本公开将容易清楚，图8所示的装置的层间失效还可以设计成在图标层16和光学间隔器18之间或者在光学间隔器18和聚焦反射体40层之间发生。
如上所述，所述层间失效还可以设计成在系统的其它层之间发生。例如，可以包括一个或多个附加聚焦元件层以及一个或多个附加图标层。在包括一个或多个附加聚焦元件层和/或图标层时，可以形成一个或多个附加合成图像。当形成两个不同的合成图像时，本文所述的层间失效可以设计成在层之间发生，使得两个合成图像中的一个而不是另一个的形成被破坏。
从上述说明将清楚，除了例如制剂和固化配量变化之外，在不需要大的生产系统变化和/或大的制造步骤变化的情况下，本发明实现其安全和纂改指示功能。此外，虽然本发明装置可以粘附到需要安全装置的任何基体材料，但是本发明在与例如身份文件（例如，护照纸）一起使用时尤其有利。安全性，尤其是在大的机场，变为重大问题。没有可印刷的身份当前可用于在高可靠性和防纂改的情况下主动地识别乘客。本发明用于通过给纸提供无色和不会出错的纂改指示属性而增加护照纸的可靠性水平。
虽然上文描述了本发明的各个实施例，但是应当理解的是，它们仅仅通过示例而不是限制的方式阐述。因而，本发明的宽度和范围不应当由任何示例性实施例限制。

Claims (42)

1.一种操作产生一个或多个合成图像的纂改指示安全装置，所述装置粘附或结合到基体材料上，且包括光学膜材料，所述光学膜材料包括含有聚焦元件的至少一层、含有图像元件的至少一层、以及位于至少一个聚焦元件层和至少一个图像元件层之间的至少一个光学间隔器或间隔器层，
其中，图像元件是聚合物基底中的空隙或凹部形式或者凸起区域或成形柱形式的微结构，以及
其中，当试图从基体材料分离该装置时，该装置分开或分层，使得该装置完全或部分不可操作；
其中，聚焦元件形成图像元件的至少一部分的一个或多个合成图像，其中，当试图从基体材料分开该装置时，该安全装置在目标层内和/或在安全装置内的目标界面处分开或分层；以及
其中（a）安全装置中的目标层的粘结强度小于安全装置中的其它层的粘结强度；和/或（b）安全装置中的目标界面的结合强度小于安全装置中的其它层之间以及安全装置和基体材料之间的界面的结合强度。
2.根据权利要求1所述的纂改指示安全装置，其中，当试图从基体材料分离该装置时，
该装置不再操作产生一个或多个合成图像，
或者
该装置产生减少数量的合成图像。
3.根据权利要求1所述的纂改指示安全装置，所述纂改指示安全装置包括：
（a）光学膜材料，所述光学膜材料包括含有聚焦元件的至少一层、含有图像元件的至少一层、位于所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层之间的至少一个光学间隔器或间隔器层、以及任选地，选自以下组的一层或多层：结合弱化层、底漆或粘结剂层、及其组合，所述至少一个聚焦元件层设置在距所述至少一个图像元件层大致一致的距离处，聚焦元件形成图像元件的至少一部分的一个或多个合成图像；以及
（b）任选地，选自以下组的一层或多层：印刷层、部分或完全镀金属层、底漆或粘结剂层、密封层或涂层、加固层、及其组合。
4.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，含有聚焦元件的至少一层是部分或完全嵌埋层。
5.根据权利要求4所述的纂改指示安全装置，其中，光学膜材料的聚焦元件是具有焦距长度的折射聚焦元件，所述光学膜材料具有的从外表面到折射界面的折射率在第一和第二折射率之间变化，第一折射率明显地或者在测量上不同于第二折射率，其中，第一折射率和第二折射率之间的差异使得聚焦元件的焦距长度改变至少0.1微米。
6.根据权利要求4所述的纂改指示安全装置，其中，所述至少一个聚焦元件层由具有一定折射率的第一材料形成，其中，光学膜材料还包括具有不同折射率的第二材料，第二材料填充聚焦元件之间的间隙空间和/或覆盖聚焦元件，在第一和第二材料之间形成不同的界面。
7.根据权利要求6所述的纂改指示安全装置，其中，第二材料完全包埋所述至少一个聚焦元件层，其中，第二材料形成所述至少一个图像元件层的外部边界或层，从而也完全包埋该层。
8.根据权利要求4所述的纂改指示安全装置，其中，所述至少一个聚焦元件层由具有一定折射率的第一材料和具有不同折射率的第二材料形成，第二材料分散到第一材料中，从而与第一材料形成梯度界面。
9.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，聚焦元件选自以下组：折射聚焦元件、反射聚焦元件或聚焦反射体、镀金属聚焦反射体、混合折射/反射聚焦元件、及其组合。
10.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，图像元件是聚合物基底中的空隙或凹部形式的微结构，其中，空隙或凹部任选地用对比物质填充，所述物质选自以下组：染料、着色剂、颜料、粉状材料、金属材料和颗粒、磁性材料和颗粒、磁化材料和颗粒、磁性反应材料和颗粒、磷、液晶、光吸收材料、散光材料、光子晶体、非线性晶体、纳米颗粒、纳米管、buckey球、buckey管、有机材料、珠光材料、多层干涉材料、低折射率材料、高折射率材料、结构颜色材料、极化材料、荧光材料、磷光材料、热致变色材料、压电致变色材料、光致变色材料、摩擦发光材料、电致发光材料、电致变色材料、磁致变色材料和颗粒、放射性材料、辐射激活材料、电荷分离材料及其组合，
或者
图像元件是凸起区域或成形柱形式的微结构，其中，包围凸起区域或成形柱的区域任选地用对比物质填充，所述物质选自以下组：染料、着色剂、颜料、粉状材料、金属材料和颗粒、磁性材料和颗粒、磁化材料和颗粒、磁性反应材料和颗粒、磷、液晶、光吸收材料、散光材料、光子晶体、非线性晶体、纳米颗粒、纳米管、buckey球、buckey管、有机材料、珠光材料、多层干涉材料、低折射率材料、高折射率材料、结构颜色材料、极化材料、荧光材料、磷光材料、热致变色材料、压电致变色材料、光致变色材料、摩擦发光材料、电致发光材料、电致变色材料、磁致变色材料和颗粒、放射性材料、辐射激活材料、电荷分离材料及其组合。
11.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，含有图像元件的至少一层包括应变诱导成分，
或者
光学膜材料包括形成两个或更多合成图像的两个或更多聚焦元件层，其中，当试图从基体材料分离该装置时，该装置产生减少数量的合成图像，
或者
光学膜材料包括两个或更多图像元件层，聚焦元件形成两个或更多合成图像，其中，当试图从基体材料分离该装置时，该装置产生减少数量的合成图像。
12.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，光学膜材料包括一个光学间隔器或间隔器层，所述光学间隔器或间隔器层位于所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层之间且粘附到所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层。
13.根据权利要求12所述的纂改指示安全装置，其中，当试图从基体材料分离该装置时，在光学膜材料的所述至少一个聚焦元件层和光学间隔器或间隔器层之间发生安全装置的分开或分层，
或者
当试图从基体材料分离该装置时，在光学膜材料的光学间隔器或间隔器层和所述至少一个图像元件层之间发生安全装置的分开或分层，
或者
所述光学间隔器或间隔器层使用选自以下组的一种或多种透明的或半透明聚合物形成：聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚亚烯萘、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯和聚偏二氯乙烯。
14.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，光学膜材料包括由底漆或粘结剂层粘附在一起的两个光学间隔器或间隔器层，所述两个光学间隔器或间隔器层位于所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层之间且粘附到所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层。
15.根据权利要求14所述的纂改指示安全装置，其中，当试图从基体材料分离该装置时，在光学膜材料的一个光学间隔器或间隔器层和底漆或粘结剂层之间发生安全装置的分开或分层，
或者
所述两个光学间隔器或间隔器层使用选自以下组的一种或多种透明的或半透明聚合物形成：聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚亚烯萘、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯和聚偏二氯乙烯，
或者
底漆或粘结剂层使用选自以下组的一种或多种粘结剂形成：热熔粘结剂、热激活粘结剂、压敏粘结剂和聚合叠层膜。
16.根据权利要求15所述的纂改指示安全装置，其中，底漆或粘结剂层使用固化丙烯酸材料或者固化环氧树脂材料形成。
17.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，光学膜材料还包括一个或多个结合弱化层，其位于所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层之间且粘附到所述至少一个聚焦元件层和所述至少一个图像元件层中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的纂改指示安全装置，其中，所述一个或多个结合弱化层是一致的结合弱化层、或带图案的结合弱化层、或者金属层。
19.根据权利要求18所述的纂改指示安全装置，其中，金属层是汽相沉积金属层。
20.根据权利要求17所述的纂改指示安全装置，其中，所述一个或多个结合弱化层是介电涂层，
或者
层内失效设计成在所述一个或多个结合弱化层内发生，
或者
层间失效设计成在所述一个或多个结合弱化层和邻近层之间发生。
21.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，聚焦元件是反射聚焦元件或聚焦反射体，且其中，安全装置还包括位于聚焦反射体上的反射层，其中，层间失效设计成在反射层和聚焦反射体之间发生。
22.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，还包括一个或多个密封层或涂层。
23.根据权利要求22所述的纂改指示安全装置，其中，所述一个或多个密封层或涂层与所述至少一个聚焦元件层相对地涂覆到光学膜材料的所述至少一个图像元件层上，所述一个或多个密封层或涂层具有的至少一部分是透明的、半透明的、着色的、染色的、不透明的、金属的、磁性的、光学上可变的，
或者
所述一个或多个密封层或涂层包括应力诱导成分。
24.根据权利要求23所述的纂改指示安全装置，其中，所述至少一个密封层或涂层使用选自以下组的可辐射固化树脂制备：丙烯酸、环氧树脂、聚酯、丙烯酸聚酯、聚丙烯、氨基甲酸乙酯、氨酯丙烯酸酯、及其组合。
25.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，一个或多个底漆或粘结剂层形成光学膜材料的一部分和/或涂覆到安全装置的一侧或相对侧。
26.根据权利要求25所述的纂改指示安全装置，其中，所述一个或多个底漆或粘结剂层使用选自以下组的材料制备：热熔粘结剂、热激活粘结剂、压敏粘结剂和聚合叠层膜。
27.根据权利要求26所述的纂改指示安全装置，其中，所述一个或多个底漆或粘结剂层使用固化丙烯酸材料或固化环氧树脂材料形成。
28.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，还包括一个或多个加固层，其涂覆到光学膜材料的所述一个或多个图像元件层上。
29.根据权利要求28所述的纂改指示安全装置，其中，所述一个或多个加固层使用选自以下组的多功能丙烯酸酯单体或低聚物制备：聚酯四丙烯酸酯、双酚A型环氧二丙稀酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯及其组合，
或者
层间失效设计成在光学间隔器或间隔器层和所述至少一个图像元件层之间发生。
30.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，所述纂改指示安全装置是安全条、丝线、小片、镶嵌物或覆盖物的形式。
31.根据权利要求3所述的纂改指示安全装置，其中，基体材料选自以下组：货币、钞票、债券、支票、旅行支票、身份卡、彩票、护照、油票、股票、文具物品、标签、消费物品、以及与消费物品一起使用的袋或包装。
32.根据权利要求10所述的纂改指示安全装置，其中，所述着色剂包括墨；所述液晶包括液晶聚合物；所述光吸收材料包括碳黑；所述散光材料包括二氧化钛；所述粉状材料包括粉状矿物、粉状珍珠；所述结构颜色材料包括乳白色材料、彩虹色材料；所述极化材料包括极化旋转材料。
33.一种片材，具有相对的表面且包括根据权利要求1或权利要求3所述的至少一个纂改指示安全装置，所述纂改指示安全装置安装在片材的表面上，或者至少部分地嵌埋在片材内。
34.一种由根据权利要求33所述的片材制成的文件。
35.根据权利要求34所述的文件，所述文件选自以下组：钞票、护照、身份卡、信用卡和标签。
36.一种用于在试图从基体材料分离被粘附或结合到基体材料的安全装置时揭示或指示安全装置的纂改的方法，其中，安全装置包括光学膜材料，所述光学膜材料包括含有聚焦元件的至少一层、含有图像元件的至少一层、以及位于至少一个聚焦元件层和至少一个图像元件层之间的至少一个光学间隔器或间隔器层，所述至少一个聚焦元件层设置在距所述至少一个图像元件层大致一致的距离处，聚焦元件形成图像元件的至少一部分的一个或多个合成图像，其中，图像元件是聚合物基底中的空隙或凹部形式或者凸起区域或成形柱形式的微结构，所述方法包括增加光学膜材料中的一层或多层集中所施加或诱导的应力的能力，其中（a）安全装置中的目标层的粘结强度小于安全装置中的其它层的粘结强度；和/或（b）安全装置中的目标界面的结合强度小于安全装置中的其它层之间以及安全装置和基体材料之间的界面的结合强度，使得在试图从基体材料分离安全装置时，所述一层或多层将分开或分层，使得安全装置部分或全部不可操作，从而指示已经发生纂改。
37.一种用于在试图从基体材料分离被粘附或结合到基体材料的安全装置时使得安全装置分开或分层的方法，其中，安全装置包括光学膜材料，所述光学膜材料包括含有聚焦元件的至少一层、含有图像元件的至少一层、以及位于至少一个聚焦元件层和至少一个图像元件层之间的至少一个光学间隔器或间隔器层，所述至少一个聚焦元件层设置在距所述至少一个图像元件层大致一致的距离处，聚焦元件形成图像元件的至少一部分的一个或多个合成图像，其中，图像元件是聚合物基底中的空隙或凹部形式或者凸起区域或成形柱形式的微结构，所述方法包括以下步骤中的一个或多个：
（a）将安全装置的一个或多个层或界面的刚度、结合强度或交联密度相对于安全装置的其余层或界面增加或减小；
（b）将应力诱导成分引入安全装置的一层或多层中；
（c）在安全装置的两层之间的界面处引入结合弱化层；以及
其中（a）安全装置中的目标层的粘结强度小于安全装置中的其它层的粘结强度；和/或（b）安全装置中的目标界面的结合强度小于安全装置中的其它层之间以及安全装置和基体材料之间的界面的结合强度。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，安全装置的一层或多层的刚度和交联强度通过以下方法增加：（a）在制造期间增加安全装置或安全装置的一层或多层对辐射的暴露，或（b）一旦装置在基体材料上就位，就增加安全装置或安全装置的一层或多层对辐射的暴露。
39.根据权利要求37所述的方法，其中，应力诱导成分引入安全装置的一层或多层中，应力诱导成分选自以下组：在固化时收缩或产生气体的那些成分、在暴露于某些液体或气体时膨胀的那些成分、以及在温度变化时经受相变或相分离的那些成分。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，应力诱导成分是在固化时收缩或产生气体的成分，
或者
应力诱导成分是在暴露于某些液体或气体时膨胀的成分，
或者
应力诱导成分是在温度变化时经受相变或相分离的成分，
或者
应力诱导成分引入所述至少一个图像元件层中，
或者
所述安全装置还包括一个或多个密封层或涂层，其中，应力诱导成分引入所述一个或多个密封层或涂层中。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，在固化时收缩或产生气体的成分是膨胀聚亚安酯泡沫。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，在温度变化时经受相变或相分离的成分是经受相变以变为多晶体或晶体的无定形聚合物。
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