CN103080816A

CN103080816A - 光可变装置

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Publication number: CN103080816A
Application number: CN2011800386393A
Authority: CN
Inventors: 佩·洛克; 罗伯特·阿瑟·李
Original assignee: Securency International Pty Ltd
Current assignee: CCL Security Pty Ltd
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: MTP4302B; FR2963834B1; GB2495680B; GB201302246D0; BR112013003196A2; MX2013001569A; GB2495680A; US10185065B2; DE112011102365T5; CN103080816B; AU2011288969B2; FR2963834A1; US20130258477A1; WO2012019226A1; AU2011288969A1

Abstract

本发明公开了一种光可变装置和一种制造该装置的方法，该装置包括多个零级衍射光栅元件，调制其中的一些以便着色的至少部分偏振图像对察看该装置的人是可见的，当该装置围绕基本上与平面垂直的一个轴旋转时，观察到一种第一光可变效果，而当在偏振光下察看该装置并且该装置围绕基本上垂直于或平行于平面的一个轴旋转时，观察到一种第二光可变效果。该装置尤其适合于诸如纸币的安全文件。优选的是，该第一光可变效果是通过在光栅元件的亮度和/或颜色中的改变来产生的并且该第二光可变效果可同样通过在光栅元件的亮度和/或颜色中的改变来产生的。该装置有利地提供了可在单个装置中提供的两个不同类型的光可变效果。由于使用零级光栅元件作为着色的图像的“像素”，这一点是可以实现的。在非偏振光的照射下，每个像素产生也至少部分偏振的具有定义颜色的反射光。

Description

光可变装置

技术领域

本发明涉及光可变装置，并且虽然不唯一，但作为纸币和其他安全文件的防伪措施尤其有用。

背景技术

安全印刷机面临着要相对于获得高级复制技术的伪造者保持领先的持续挑战。例如，通常用作纸币的安全特征的印刷元件和衍射浮雕结构分别可以受通过光扫描和接触复制进行的复制的影响。

安全文件设计者必须因此为保护文件不受伪造而在技术上采用越来越先进的特征。同时，希望这些安全特征容易辨认，以便仔细检查文件的人意识到在真文件中寻找什么。

一个通常采用并容易辨认的特征是印刷的图像，例如以名人的肖像的形式。传统上，通过诸如凹雕印刷的技术来将此类图像应用到纸币，经常包括饰纹（细小的线）图案。结果是拥有在当时对伪造者来讲难以复制的触觉印记和特有外观的图像。

可以通过采用光可变结构来产生更安全的鉴定特征，诸如随着观察者改变他们相对于该结构的视角而在外观中改变的衍射光栅。

可以通过提供拥有也呈现光可变衍射效果的色调图像的安全装置来组合以上特征。可以通过将输入光可变图像的数码化（位图）版本分成N×M个像素的阵列来产生此类图像，如在WO91/03747中描述的。如果原始图像是黑白的，那么每个像素将拥有对应于图像的对应部分的亮度的灰度值（灰度级）。然后可以将衍射光栅元件分配到每个像素，每个光栅元件中的凹槽的曲率取决于（例如，反比于）对应像素的灰度级。向察看安全特征的人产生的净效果是随着视角改变而改变色调和/或颜色的中间色调或连续色调的单色图像。

被称为“像素图”（Pixelgram）的上述的安全特征因此是从输入连续色调图像到拥有光可变组分（视角一改变色调/颜色就改变）和光不可变组分（连续色调肖像）二者的衍射光栅的马赛克（mosaic）的映射，借此向在拥有在它自己上的任一组分的安全特征上伪造提供增强的抵抗。

鉴于增加伪造者困难的持续需求，希望提供拥有对通过诸如上述那些的已知安全装置提供的那些鉴定的额外等级的鉴定的改进的安全装置。

定义

安全文件

本文使用的术语“安全文件”包括所有类型的文件和有价值的代价券以及身份识别文件，包括但并不局限于以下：货币物件诸如纸币和硬币；信用卡、支票、护照、身份证、证券及股票、驾照、契证；旅行文件诸如飞机票及火车票；门禁卡和门票；出生、死亡和结婚证书以及学生成绩单。

本发明尤其但不唯一地适用于从向其应用一个或多个印刷层的基底而形成的诸如纸币的安全文件或诸如身份证或护照的身份识别文件。

基底

如本文使用的，术语“基底”是指从其形成安全文件或代价券的基础材料。基础材料可以是纸或诸如纤维素的其他纤维材料；塑料或聚合材料，包括但不局限于聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚碳酸酯（PC）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）；或两个或多个材料组成的复合材料，诸如由纸和至少一个塑料材料组成，或由两个或多个聚合材料组成的薄片。

在澳大利亚倡导的安全文件的制造中的塑料和聚合材料的使用已经非常成功，因为聚合纸币比它们的纸质对应物更耐用并且也可以结合新安全装置和特征。为澳大利亚和其他国家生产的聚合纸币中的一个尤其成功的安全特征是透明区或“窗口”。

透明窗口和半窗口

如本文使用的，术语“窗口”是指在安全文件中相比于应用印刷的基本上不透明区域而言透明或半透明的区。窗口可以完全透明以便它允许透射基本上未受影响的光，或者它可以是部分透明或半透明，部分地允许光的透射但不允许透过窗口区清楚地看见物体。

窗口区可通过省略形成窗口区的区域中的至少一个浊化层来在拥有至少一层透明聚合材料和应用到透明聚合基底的至少一侧的一个或多个浊化层的聚合安全文件中形成。如果对透明基底的两侧都应用浊化层，可以通过在窗口区中的透明基底的两侧都省略浊化层来形成完全透明的窗口。

在下文中称为“半窗口”的部分透明或半透明区可在两侧都拥有浊化层的聚合安全文件中通过只在窗口区中的安全文件的一侧省略浊化层来形成，以便“半窗口”不完全透明，但允许一些光通过而不允许透过半窗口清楚地察看物体。

备选的是，基底可以由诸如纸或纤维材料的基本上不透明的材料形成，通过向纸或纤维基底中的开孔或凹处插入的透明塑料材料的插入来形成透明窗口或半透明半窗口区。

浊化层

可向透明基底应用一个或多个浊化层来增加安全文件的不透明度。浊化层是使得

L_T<L₀，其中L₀是入射在文件上的光的量，而L_T是透射过文件的光的量。浊化层可包括各种浊化涂层中的任何一个或多个。例如，浊化涂层可包括分散在热活化的可交联的聚合材料的粘合剂或载体之内的颜料，诸如二氧化钛。备选的是，透明塑料材料的基底可夹在标记可被随后印刷或以其他方式应用到其上的纸或其他部分地或基本上不透明材料的浊化层之间。

安全装置或特征

如本文使用的，术语“安全装置”或“特征”包括想要保护安全文件或代价券不受伪造、复制、更替或篡改的大量安全装置、元件或特征中的任何一个。可在安全文件的基底上或中或在应用到基础基底的一个或多个层上或中提供安全装置和特征，并且可采用多种形式，诸如嵌入在安全文件的层中的安全线；诸如荧光、冷光和磷光油墨、含金属油墨、闪光油墨、光致变色、热致变色、水致变色或压致变色油墨的安全油墨；包括浮雕结构的印刷的和压印的特征；干涉层；液晶装置；透镜和晶状体结构；光可变装置（OVD），诸如包括衍射光栅、全息图和衍射光元件（DOE）的衍射装置。

零级衍射光栅

零级衍射光栅是表面浮雕或埋藏的微结构，在给定波长的光照下只在零衍射级产生光。

通常，此类零级结构拥有小于入射光的希望的波长的周期性。由于此原因，零级衍射光栅有时被称为子波长光栅。

发明内容

在一方面，本发明提供了一种光可变装置，包括：

安排在一个平面中的多个零级衍射光栅元件，

所述装置的至少一个区域中的一组所述零级衍射光栅元件在所述区域之内被调制，以便着色的至少部分偏振的图像对察看装置的人来讲是可见的，

其中当所述装置围绕基本上垂直于平面的一个轴旋转时，察看所述装置的人观察到一种第一光可变效果，而当在偏振光下察看所述装置并且所述装置围绕基本上垂直于或平行于平面的一个轴旋转时，观察到一种第二光可变效果。

优选的是，通过所述光栅元件的颜色和/或亮度的改变来产生所述第一光可变效果。同样可通过所述光栅元件的颜色和/或亮度的改变来产生所述第二光可变效果。

本发明因此提供了对已知装置的改进，以致于可在单个装置中提供至少两种不同类型的光可变效果。由于将零级光栅元件用作着色的图像的“像素”，这一点是可以实现的。每个像素在非偏振光的照射下产生也至少部分偏振的具有定义颜色的反射光。

通过以随着视角改变对察看者可见的图像中的明显的改变的形式的一种第一光可变效果来提供第一等级的鉴定，例如通过围绕垂直于所述装置的所述平面的一个轴旋转所述装置。通过在偏振光下察看所述装置能够以隐蔽的图像改变的形式看见一种第二光可变效果，例如通过在所述装置上叠加一个偏振滤光器。

在一个优选的实施例中，所述第一和/或第二光可变效果是所述图像的形状中的改变。

优选的是，相对于相邻零级衍射光栅元件的光栅参数来调制所述区域中的所述零级衍射光栅元件的至少一个光栅参数。

备选或额外的是，可在所述零极衍射光栅元件的至少一些元件之内调制所述区域中的所述零级衍射光栅元件的至少一个光栅参数。

优选的是，所述零级衍射光栅元件包括直线或曲线的凹槽，并且关于空间频率、凹槽曲率、凹槽深度或这些的组合来执行调制。

调制所述光栅元件（像素）允许生成可以是多色或单色的基本上连续色调图像，例如连续色调的肖像。

例如，为产生一幅连续色调单色红色图像，所述光栅元件可每个拥有接近于红光的一半波长的平均周期（空间频率的倒数），λ_red/2，这是红光的反射强度将最大的周期。然后可在一个给定像素之内稍微变更该给定像素的凹槽的周期，从λ_red/2的最优周期离开来降低像素的亮度。备选的是，每个像素可拥有恒定的空间频率，但是具有横穿而不是在像素之内调制的空间频率以便产生亮度的变更。

产生亮度变量的备选方式是调制像素中的凹槽的曲率。已经向其中引入更大曲率的像素将比其中凹槽更少弯曲的像素产生更低的反射光强度。

当然，也可以产生多色的连续色调的图像，其中一个第一子集中的像素拥有与红光的半波长相对应的周期，一个第二子集中的像素拥有与蓝光的半波长相对应的周期，一个第三子集中的像素拥有与绿光的半波长相对应的周期，等等。然后可以如上述地通过变更空间频率或凹槽曲率来调制一个子集中的像素的亮度。

在备选的实施例中，可调制在所述区域之内的零级衍射光栅元件的表面密度（每单位面积的像素数）来产生亮度的变更。例如，可将光栅元件应用到所述装置以便遮盖与输入半色调或连续色调图像的对应区域的亮度成比例的表面区。

如果调制所述零级衍射光栅元件的空间频率，则可根据一个谐波或非谐波函数来执行所述调制。这可提供额外等级的安全以致于只有光可变装置的制造商会知道用来执行所述调制的函数的参数。

在一个优选的实施例中，衍射光栅元件的凹槽是导电的并且由不传导的区域分开。凹槽可由诸如包括金属纳米粒子的材料的一种传导材料形成。金属纳米粒子可以产生对于其他金属材料而言不可能的特别的颜色效果。

在另一实施例中，所述凹槽由将一种传导材料应用到其上的一种非传导材料形成。

在尤其优选的实施例中，所述凹槽形成在与一种第二电介质材料接触的一种第一电介质材料中，所述第二电介质材料拥有与所述第一电介质材料不同的折射率。可将所述凹槽嵌入在所述第二电介质材料中。

在一个第二方面中，本发明提供了一种包括根据上述实施例中的任何实施例的光可变装置的安全文件。

在又一方面中，提供了一种制造光可变装置的方法，包括以下步骤：

在一个表面上或中形成多个零级衍射光栅元件，

在所述装置的至少一个区域中的一组零级衍射光栅元件在所述区域之内被调制，以便着色的至少部分偏振的图像对察看所述装置的人来讲是可见的，

其中当所述装置围绕基本上垂直于所述表面的一个轴旋转时，察看所述装置的人观察到一种第一光可变效果，而当在偏振光下察看所述装置并且其围绕基本上垂直于或平行于表面的一个轴旋转时，观察到一种第二光可变效果。

所述方法可进一步包括将一层第一电介质材料应用到所述表面的步骤，其中所述零级衍射光栅元件在所述第一电介质材料中形成。所述第一电介质材料可以是一种可压印辐射可固化油墨。

可在所述第一电介质材料中压印所述零级衍射光栅元件。所述方法然后可进一步包括固化在至少所述压印区域中的所述第一电介质材料的步骤。

在优选的实施例中，通过拥有多个凹槽的一个压印圆柱来应用所述零级衍射光栅元件，所述凹槽与所述压印圆柱的旋转轴基本上垂直地对齐。

所述方法优选地进一步包括用一种第二电介质材料覆盖所述零级衍射光栅元件的步骤，所述第二电介质材料拥有与所述第一电介质材料不同折射率。

可压印辐射可固化油墨

本文使用的术语“可压印辐射可固化油墨”是指在印刷过程中可应用到基底而且在软的时候可压印以形成浮雕结构并通过辐射来固定压印的浮雕结构的任何油墨、漆或其他涂层。固化过程在压印辐射可固化油墨之前并不发生，但可以压印或在基本上与压印步骤相同的时间发生固化过程。辐射可固化油墨是优选通过紫外（UV）辐射可固化的。备选地，辐射可固化油墨可通过诸如电子束或X射线的其他辐射形式来固化。

辐射可固化油墨优选地是形成自清澈树脂材料的一种透明或半透明油墨。此类透明或半透明油墨尤其适合于印刷诸如数值类型DOE和透镜结构的光透射安全元件。

在一个尤其优选的实施例中，所述透明或半透明油墨优选地包括一种基于丙烯酸的UV可固化清澈可压印漆或涂层。

可以从各种制造商获取此类UV可固化漆，包括Kingfisher Ink Limted公司的紫外类型UVF-203或类似产品。备选的是，辐射可固化可压印涂层可基于其他化合物，例如硝基纤维素。

已经发现用在本发明中的辐射固化油墨和漆尤其适合于压印微结构，包括诸如DOE的衍射结构、衍射光栅和全息图以及微透镜和透镜阵列。然而，也可将它们压印更大的浮雕结构，诸如非衍射光可变装置。

优选地压印油墨并且基本上同时通过紫外（UV）辐射来固化。在尤其优选的实施例，在凹版印刷过程中，应用辐射可固化油墨并且基本上同时压印。

优选的是，为了适合于凹版印刷，辐射可固化油墨拥有落在基本上从大约20厘泊到大约175厘泊的范围内的粘度，并且更优选地从大约30厘泊到大约50厘泊。可通过测量从Zahn Cup#2排尽漆的时间来确定粘度。在20秒内排尽的样本拥有30厘泊的粘度，而在63秒内年排尽的样本拥有150厘泊的粘度。

对于一些聚合基底，可能有必要在应用辐射可固化油墨之前向基底应用一个中间层来改进通过油墨到基底形成的压印结构的粘附。所述中间层优选地包括一个底漆层，并且更优选的是所述底漆层包括聚乙烯亚胺。所述底漆层也可包括一种交联剂，例如多功能异氰酸盐。适合于本发明中使用的其他底漆的示例包括：端羟基聚合物；基于共聚物的端羟基聚合物；交联的或不交联的羟化丙烯酸酯；聚氨酯；以及UV固化阴离子或阳离子丙烯酸脂。适合的交联剂的示例包括：异氰酸盐；聚吖丙啶；锆复合物；乙酰丙酮铝；三聚氰胺；以及氰氨。

底漆的类型可针对不同基底以及压印的油墨结构而变更。优选地，选择并不实质地影响压印油墨结构的光特性的底漆。

在另一可能的实施例中，辐射可固化油墨可包括金属粒子来形成既可印刷又可压印的金属油墨合成物。此类金属油墨合成物可用于印刷反射安全元件，诸如衍射光栅或全息图。备选的是，可将例如形成自清澈树脂的透明油墨应用在所述基底的一侧上，具有或不具有一个中间底漆层，然后将该透明油墨压印并通过辐射固化而如果希望形成作为安全装置一部分的反射的安全元件的话，则接下来在印刷过程中将金属油墨合成物应用到压印的透明油墨。

也可以将金属油墨合成物应用在足够薄到允许光透射的一个层中。

当使用金属油墨，优选地包括将金属颜料粒子和粘合剂包括在内的合成物。金属颜料粒子优选地选自包括以下物质的组：铝、金、银、铂、铜、合金、不锈钢、镍铬铁合金和黄铜。金属油墨优选地拥有低粘合剂含量以及较高的颜料粘合剂比。在描述适合在覆盖包括金属颜料粒子和粘合剂的衍射光栅的涂层合成物的Wolstenhome国际有限公司的WO2005/049745中描述适合于本发明中的使用的金属油墨合成物的示例，其中颜料对粘合剂的比率足够高以致于准许颜料粒子排列成衍射光栅的轮廓。适合的粘合剂可包括任何一个或多个选自包括以下物质的组的物质：硝化纤维、乙基纤维素、乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素（CAP）、乙酸丁酯纤维素（CAB）、醇溶性丙酸酯（ASP）、氯乙烯、乙酸乙烯酯共聚体、乙酸乙烯酯、乙烯基、丙烯酸、聚氨酯、聚酰胺、松香酯、碳氢化合物、醛、酮、尿烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、萜烯酚、聚烯烃、硅树脂、纤维素、聚酰胺和松香酯树脂。在一个尤其优选的金属油墨合成物中，粘合剂包括硝酸纤维素和聚氨酯。

颜料与粘合剂的比率优选地落在基本上在按重量从大约5：1到大约0.5：1的范围内，并且更优选地落在基本上在按重量从大约4：1到大约1：1的范围内。

金属颜料含量占合成物的重量优选地小于大约10%，更优选地小于6%。在尤其优选的实施例中，颜料含量占合成物的重量落在基本上从大约0.2%到大约0.6%的范围中，并且更优选地从大约0.2%到大约2%的范围。

平均粒子直径可在从大约2μm到大约20μm的范围中，优选地在从大约5μm到大约20μm的范围中，并且更优选地从大约8μm到大约15μm的范围中。

颜料粒子的厚度优选地小于大约100nm并且更优选地小于大约50nm。在一个实施例中，颜料粒子的厚度落在基本上从10nm-50nm的范围之内。在另一实施例中，颜料粒子的厚度落在基本上从5nm-35nm的范围之内，并且在另一实施例中，颜料的平均厚度落在基本上从5nm-18nm的范围之内。

已经发现如上所述的可压印UV可固化油墨合成物尤其适合于压印以形成光衍射安全装置，诸如衍射光栅、全息图和衍射光元件。

在半窗口的情况中，其中在一侧通过至少一个浊化层来遮盖所述透明区域，形成自一种压印的金属油墨的安全装置可以是只在所述半窗口中从未经所述半窗口区中的一个浊化层遮盖的基底的反面可见的反射装置。

在所述基底的一侧遮盖所述半窗口区的浊化层可以允许光的部分透射以便通过所述压印的油墨形成的安全装置在从在所述半窗口区中由所述浊化层遮盖的一侧的透射中部分地可见。

附图说明

现在将参考附图只通过非限定的示例来描述本发明的具体实施例，其中：

图1根据本发明的一个实施例示出了一种包括光可变装置的安全文件；

图2示出了图1的安全文件，顺时针旋转90度以产生一种第一光可变效果；

图3是图1的光可变装置的一部分的特写；

图4、5和6示出了由图1的光可变装置产生的一种第二光可变效果；

图7示出了一种包括光可变装置的安全文件的一备选实施例；

图8示出了图7的安全文件折叠以便可以通过一个偏振滤光器察看所述光可变装置；

图9示出了根据示例性方法调制的一种光栅元件；

图10和11是一种用于制造光可变装置和安全文件的方法的原理图；

图12示出了通过部分地根据图10中展示的方法制造的一种光可变装置的截面视图；以及

图13示出了为制造本发明的实施例的印刷和压印设备。

具体实施方式

首先参见图1，示出了一种安全文件，其形式为拥有透明窗口区域12和区13的纸币10，该透明窗口区域12包含光可变装置14，并且该区13不包含任何光可变结构。可将光可变装置14作为在窗口12之内分别制造的传输箔来应用，或可通过在窗口12之内应用可压印辐射可固化油墨（如上所述）并且然后形成在可压印油墨中的装置来结合在安全文件中。

光可变装置14包含共同形成色调肖像16的多个零级衍射光栅元件。肖像16可以是多色的或可以是单色的。在图1中示出的示例中，安排每个零级光栅元件或像素以产生在光谱的红色部分的反射光，但对每个像素的亮度（色调）进行调制以便对察看者产生色调肉眼可见的图像16的印象。

在图2中，示出了顺时针即围绕垂直于纸币的平面的一个轴旋转90度后的图1的纸币。这造成图像16的色调从正到负的转换，也伴随着从红到绿颜色转换。由于在构成图像16的各个零级像素的旋转下的行为，这一点是可以实现的。

现在参见图3，示出了图1的区域200的极大地放大的视图。区域200包括拥有四个不同亮度等级的像素，例如在211（最亮）、212（次亮）、213（暗）和214（最暗）区域中。通过调制对应图像区中的零级像素221、222、223、224（在放大的分解视图中示出）的空间频率来实现亮度的变更。将领会到每个区域211、212、213、214包含多个像素，但在图3中只为展示目的而示出了一个单个像素。

图1至图3的装置只包含四个亮度等级，但将领会到可选取任何希望数量的离散亮度等级来创建半色调零级衍射图像16。既然可以以基本上连续的样式（受制于用于创建用于复制所述装置的压印模具的科技的最大分辨率）来变更凹槽曲率空间频率和凹槽深度，也将领会到可产生基本上连续色调的图像。

在图像的最亮区211，不在空间频率中调制对应的零级光栅元件221，即相邻直线凹槽225之间的间隔保持不变并且大约等于红光的半波长。为稍微降低亮度，向区域212中的像素222引入少量的空间频率调制。该空间频率在像素222的中央区域227中相比于在外部区域228中稍大，而这导致对于那些像素而言反射红光的强度的减小。

可备选地通过变更像素（未示出）之内的凹槽曲率或凹槽深度来调制光栅元件（像素）222、223、224。

当旋转90度时，图1至图3中示出的装置14图像呈现颜色和色调的改变。在一个备选的实施例中，可通过将零级像素中的某些设计成当装置旋转时“打开”或“关闭”来使装置14经历形状的改变。例如，可使用光栅参数设计在零级（“打开”状态）中反射红光的像素，以便在旋转下，它们不再产生在光谱的可见部分中的反射光，因此对察看者显现为暗（“关闭”态）。反过来，当装置14如图1中的一样朝向时，图像中的其他像素可显现为暗（“关闭”态），但当装置14如图2中的一样朝向时，反射特定颜色的可见光（“打开”态）。通过在图像中的此类打开-关闭像素相对于彼此的适当的放置，可以在装置14旋转时使图像的形状的改变对察看者而言较为明显。

现在参见图4到图6，示出了包括在窗口区112中的光可变装置114的备选的安全文件100。光可变装置114包括肖像图像116。

图4示出了正如它们在非偏振照射下向察看者显现的一样的纸币100和装置114。注意图1至图3的装置14的像素221、222、223、224都显示具有拥有相同朝向以及因此相同的偏振方向的光栅线。然而，可将装置114中的像素中的一些选取成拥有不同的朝向，例如第二朝向与像素221、222、223、224的朝向正交，以便它们产生拥有第二不同方向的偏振的反射偏振光。如图5所示，当在偏振滤光器下察看装置144时，这允许产生第二光可变效果。

在图5中，通过只允许对应于由像素221-224产生的偏振的第一偏振的入射或反射光借此通过的偏振器20来察看装置114。产生此偏振的像素将对察看者显现为亮。在图5中，在白色（亮）区域31中的像素是拥有第一偏振的那些。区域30中像素拥有第二（正交）朝向并被过滤掉，因此对察看者显现为暗。根据特定的图形或图像用不同朝向的像素来图案化装置114，因此对于在偏振光下（即，透过偏振滤光器）观察装置114的察看者产生形状改变效果。

如图6中所示用只透射第二偏振光的偏振器21来察看装置114，然后发生色调转换，因为区域31中的像素现在显现为暗而区域30中的像素显现为亮。

现在参见图7和图8，示出了在其中将偏振滤光器120建立到文件本身的修改的安全文件250。如图4-图6，安全文件250包括包含相同的光可变装置114的窗口区域112。可以围绕（想象的）线110来折叠文件100以使偏振器120与光可变装置114对齐，于是具有亮区域31和暗区域30的图像变成可见的，如在图5中。

现在将参见图9来描述用于调制像素221-224的空间频率的方法，该图示出了面积为10mm×10mm的光栅元件300，光栅元件300中的每个凹槽310拥有0.5微米的凹槽深度。将领会的是光栅元件300可以是任何希望的尺寸，而对纸币应用将当然比10mm×10mm小得多。

光栅元件300的凹槽310之间的间隔在凹槽与凹槽之间以数学定义的方式变更，以便给不同的光栅元件RG、RG1、RG2、RG3不同程度的“线性调频（chirp）”或“调制”。对像素RG1的线性调频或调制的力度最强，对像素RG2稍弱并且对像素RG3最弱。像素RG拥有零线性调频即等间隔的直凹槽。

可通过电子束光刻来创建用于光栅元件300的压印模具。在10mm×10mm区内定义10⁷×10⁷个可寻址点的地址网格。相邻的地址网格点之间的距离将因此是1nm。如果我们使用线指数L来描述在光栅之内的各个凹槽并且定义100nm的名义凹槽宽度，那么像素RG、RG1、RG2、RG3的各个凹槽可以定义如下。

对于像素RG1，我们选取0.1的线性调频因子并且因此通过如下的等式来定义光栅上的各个凹槽；

Y_T(L)=L[1+0.1Sin(L/(3183091))](1a)

Y_B(L)=[Y_T(L)+Y_T(L+200)]/2(1b)

下标T和B分别代表描述由线指数L描述的各个凹槽的顶和底的线。

对于像素RG2，我们将选取0.073的线性调频因子并且因此通过如下的等式来定义光栅上的各个凹槽：

Y_T(L)=L[1+0.073Sin(L/(3183091))](2a)

Y_B(L)=[Y_T(L)+Y_T(L+200)]/2(2b)

对于像素RG3，我们将选取0.04的线性调频因子并且因此通过如下的等式来定义光栅上的各个凹槽；

Y_T(L)=L[1+0.04Sin(L/(3183091))](3a)

Y_B(L)=[Y_T(L)+Y_T(L+200)]/2(3b)

对于像素RG，调制因子为零。因此

Y_T=L(4a)

Y_B(L)=[Y_T(L)+Y_T(L+200)]/2(4b)

在步骤200中，对于四个像素而言线指数L从0到（10⁷-100）。因此凹槽拥有100nm的名义宽度，间隔也拥有100nm的名义值。峰峰名义凹槽间隔（即具有等于零的调制）将因此等于200nm。

现在转到图10，示出了一种用于创建光可变装置400的光栅元件的方法。该光可变装置包括例如上述透明基底之一的基底410，例如通过凹版印刷来向其应用可压印辐射可固化油墨412的片。然后向油墨412应用包括多个零级光栅元件的负图的压印模具来形成零级光栅元件414。然后在压印步骤以后或优选的是基本上与压印步骤同步来通过紫外光固化油墨来创建装置400的零级光栅元件。

图12是成品零级光可变装置400的一部分的截面。接着图10中示出的压印和固化步骤，在拥有对可压印油墨412的不同折射率的任一情况中，向光栅元件414的凹槽413的顶部应用金属层或高折射率电介质材料416。然后应用又一层第二电介质材料420来填充凹槽413。该第二电介质材料420可拥有和可压印油墨412相同的折射率。

将领会的是可应用又一层作为光可变装置400的一部分。例如，如果将用装置400作为诸如安全文件的另一物品的热冲压箔，那么可在装置400中以已知的样式采用释放层、粘附层等。

在图11中，示出了直接在安全文件或安全文件基底上形成零级衍射结构的方法的示意图。在此纸币情况中的安全文件包括透明基底600，除了在区域612中以外对其两侧都应用浊化涂层610以便形成窗口（或半窗口，如果只在一侧上的区域612中省略涂层）。然后在窗口或半窗口区域612中以任何适合的样式来应用一层UV可固化油墨614，例如通过凹版印刷，随后如上所述向油墨614中压印多个光栅元件并固化以形成零级衍射安全元件616。可然后以类似的样式将金属或高折射率电介质层和第二电介质材料的外套增加到如图11所示的内容，以便形成最终的安全文件600。

图13示出了适合在卷对卷过程中产生一个或多个纸币或其他安全文件600的印刷和压印设备700。也将领会到如果需要的话，容易修改设备700以便如图10和图12所示的一样产生一个或多个光可变装置400。

图13中示意地示出的印刷和压印设备700包括用于向包括浊化站704、第一印刷站706、压印站710和第二印刷站714的各种印刷和压印站供应片状基底600的供应单元702。通过该设备在大体上如750指示的方向供给基底600。

可由基本上透明的聚合材料制成基底600并且可以在供应单元702处的材料的滚轴703将其连续地供应给浊化站704。浊化站704包括用于向基底600的至少一侧应用至少一个浊化层610的浊化工具。浊化工具优选地是印刷单元的形式，例如用于向基底的一侧或两侧都应用一个或多个油墨的浊化涂层的一个或多个凹版印刷圆柱705。然而，可以的是浊化站704可包括用于向透明基底的至少一侧应用一个或多个片状层的诸如纸或其他纤维材料的至少部分不透明材料的以层压单元形成的浊化工具。

优选的是，将在浊化站704处的浊化工具705安排成在至少一个区域612中的基底的一侧或两侧都省略至少一个浊化层来形成窗口或半窗口区。

第一印刷站706包括用于向基底600以可压印辐射可固化油墨614的形式应用第一电介质材料的印刷工具707、708。印刷工具可包括至少一个印刷圆柱707，例如凹版印刷圆柱，具有在印刷圆柱707和在基底的相反侧上对应的圆柱或滚轮708之间供给的浊化的透明基底

将印刷工具707、708安排成向在压印站710处将在其上压印压印的安全元件的基底的第一区612应用辐射可固化油墨。

压印站710包括优选是板圆柱711和压痕圆柱712形式的压印工具。压印工具711、712包括安排成随着基底通过板和压痕圆柱711、712之间的夹来压印基底的不同区。将第一压印部分安排成压印基底600的第一区612，对其应用可压印辐射可固化油墨来形成压印的安全元件616。

压印站710也可包括用于基本上同时或几乎在油墨已经被压印以后立即固化可压印的、辐射可固化的油墨以及形成压印的安全元件616的辐射固化工具713。备选的是，可提供分开的固化站。辐射固化工具优选地不但包括用于固化UV可固化油墨的紫外（UV）固化单元，而且还有其他类型的固化单元，例如可用于X射线或EB辐射可固化油墨的X射线或电子束（EB）固化单元。

第二印刷站714包括用于向基底应用印刷特征的印刷工具。印刷工具优选地包括诸如Gravure、偏移或凹雕圆柱的印刷圆柱716，并且可用于向基底应用多种印刷特征。例如，可将在第二印刷站714处的印刷圆柱716用来应用与压印的安全元件616重叠、相邻或在围绕其周围的印刷的安全特征。印刷安全特征的一个示例可包括在压印的安全装置616上应用的印刷金属油墨。应用在第二印刷站714处的印刷的安全特征的另一示例是当通过微透镜阵列覆盖时可以察看或检查到的微印刷的区。

在设备的操作中，从供应单元702穿过向基底600的至少一侧应用至少一个浊化层的浊化站704来供应基底600。然后在方向750上穿过向将被压印以形成压印的安全元件616的第一区612应用可压印辐射可固化油墨614的第一印刷站706来供给至少部分浊化的基底600。

然后在方向750上穿过压印基底600的第一区612以形成压印的安全元件616的压印站710来供给基底701。然后通过辐射来固化辐射可固化油墨，优选地在压印站710处进行以固定压印结构616。

压痕圆柱712携带用于装置616的零级光栅元件的压印模具。在尤其有利的实施例中，将光栅元件的凹槽对齐为基本上与基底的运动750的方向相平行，即基本上垂直于压痕圆柱712的旋转轴。这意在阻止在压印模具的对应凹槽中可压印油墨的逐渐积聚。

设备700也可进一步包括用于向基底600应用进一步的印刷特征的印刷站（未示出）。

Claims

1.一种光可变装置，包括：

安排在一个平面内的多个零级衍射光栅元件，

所述装置的至少一个区域中的一组所述零级衍射光栅元件在所述区域之内被调制，以便着色的至少部分偏振的图像对察看所述装置的人来讲是可见的，

其中当所述装置围绕基本上垂直于所述平面的一个轴旋转时，察看所述装置的人观察到一种第一光可变效果，而当在偏振光下察看所述装置并且所述装置围绕基本上垂直于或平行于所述平面的一个轴旋转时，观察到一种第二光可变效果。

2.根据权利要求1所述的光可变装置，其中所述第一光可变效果是通过在所述光栅元件的亮度和/或颜色中的改变来产生的。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的光可变装置，其中所述第二光可变效果是通过在所述光栅元件的亮度和/或颜色中的改变来产生的。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的光可变装置，其中所述第一和/或第二光可变效果是所述图像的形状中的改变。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光可变装置，其中相对于相邻的零级衍射光栅元件的光栅参数来调制所述区域中的所述零级衍射光栅元件的至少一个光栅参数。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的光可变装置，其中在所述零级衍射光栅元件中的至少一些之内调制所述区域中的所述零级衍射光栅元件的至少一个光栅参数。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的光可变装置，其中所述零级衍射光栅元件包括直线或曲线凹槽并且所述光栅参数是选自包括空间频率、凹槽曲率和凹槽深度的组。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的光可变装置，其中调制在所述区域之内的所述零级衍射光栅元件的表面密度来产生亮度中的变更。

9.根据从属于权利要求6的权利要求7所述的光可变装置，其中所述零级衍射光栅元件的所述空间频率根据一个谐波函数来变更。

10.根据从属权利要求6的权利要求7所述的光可变装置，其中所述零级衍射光栅元件的所述空间频率根据一个非谐波函数来变更。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的光可变装置，其中所述凹槽导电并且由多个非传导区域分开。

12.根据权利要求11所述的光可变装置，其中所述凹槽由一种传导材料形成。

13.根据权利要求12所述的光可变装置，其中所述传导材料包括金属纳米粒子。

14.根据权利要求11所述的光可变装置，其中所述凹槽由对其应用一种传导材料的一种非传导材料形成。

15.根据权利要求1至10中任意一项所述的光可变装置，其中所述凹槽形成在与一种第二电介质材料接触的一种第一电介质材料中，所述第二电介质材料拥有与所述第一电介质材料不同的折射率。

16.根据权利要求15所述的光可变装置，其中将所述凹槽嵌入在所述第二电介质材料中。

17.一种安全文件，包括根据权利要求1至16中任意一项所述的一个光可变装置。

18.根据权利要求17所述的安全文件，进一步包括一个偏振器，该偏振器用于产生偏振光以察看所述光可变装置，其中所述光可变装置和偏振器在所述安全文件上间隔开并且可以通过折叠所述安全文件来对齐。

19.一种用于制造光可变装置的方法，包括以下步骤：

在一个表面上或中形成多个零级衍射光栅元件，

其中当所述装置围绕基本上垂直于所述表面的一个轴旋转时，察看所述装置的人观察到一种第一光可变效果，而当在偏振光下察看所述装置并且所述装置围绕基本上垂直于或平行于所述表面的一个轴旋转时，观察到一种第二光可变效果。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一光可变效果是通过在所述光栅元件的亮度和/或颜色中的改变来产生的。

21.根据权利要求19或权利要求20所述的方法，其中所述第二光可变效果是通过在所述光栅元件的亮度和/或颜色中的改变来产生的。

22.根据权利要求19至21中任意一项所述的方法，其中所述第一和/或第二光可变效果是所述图像的形状中的改变。

23.根据权利要求19至22中任意一项所述的方法，进一步包括向所述表面应用一层第一电介质材料的步骤，其中所述零级衍射光栅元件形成在所述第一电介质材料中。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一电介质材料是一种可压印辐射可固化油墨。

25.根据权利要求23或权利要求24所述的方法，其中在所述第一电介质材料中压印所述零级衍射光栅元件。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述零级衍射光栅元件是通过拥有多个凹槽的一个压印圆柱来应用，所述凹槽是基本上垂直于所述压印圆柱的旋转轴而对齐的。

27.根据权利要求23至25中任意一项所述的方法，进一步包括固化在所述第一电介质材料的至少所压印的区域中的所述第一电介质材料的步骤。

28.根据权利要求21至27中任意一项所述的方法，进一步包括用一种第二电介质材料覆盖所述零级衍射光栅元件的步骤，所述第二电介质材料拥有与所述第一电介质材料不同的折射率。