CN117841557A - 具有磁性薄片和结构化衬底的光学器件 - Google Patents

Abstract

公开了一种光学器件，该光学器件包括：结构化衬底；在结构化衬底上的反射层；以及在反射层上的具有磁性薄片的涂层。还公开了制造和使用光学器件的方法。

Description

具有磁性薄片和结构化衬底的光学器件

本申请是国际申请号为PCT/US2020/029814、国际申请日为2020年4月24日、进入中国国家阶段日期为2021年10月25日、国家申请号为202080031300.X、发明名称为“具有磁性薄片和结构化衬底的光学器件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开总体上涉及光学器件，光学器件包括：结构化衬底、在结构化衬底上的反射层、以及在反射层上的具有磁性薄片的涂层。本文公开了制造和使用光学器件的方法。

背景技术

表现出与视角相关的视觉外观的光学器件被用作银行票据和安全文件上的有效防拷贝装置。光学可变墨水通常被使用，其包括具有反射层、介电层和吸收层的分层结构的薄膜光学干涉结构。然而，薄膜光学干涉结构作为不透明涂层应用于衬底顶部。以这种方式并且利用该不透明涂层，不可能在某些视角下隐藏和显现衬底上的图像。所看到的只是颜色变化。

磁性薄片已被用于通过使用薄片的对准来创建“百叶窗效果”，从而创建隐藏和显现效果。磁性薄片的百叶窗层以透明角度来吸收大量光。附加地，只有具有精确直角的光才能通过百叶窗层进出，从而对底层图像和颜色做出贡献。然而，这会降低图像的亮度和色度。

需要使得图像变亮的方式，例如，与下层图像相比具有更高的对比度。

附图说明

本公开的特征通过示例而不是限制的方式在以下附图中图示，其中相同的附图标记指示相同的元件，其中：

图1是根据本发明的一个方面的光学器件的截面图；

图2是根据本发明的另一方面的光学器件的截面图；

图3是根据本发明的一个方面的光学器件的截面图；以及

图4是根据本发明的另一方面的光学器件的截面图。

发明内容

在一个方面，公开了光学器件，光学器件包括：结构化衬底、在结构化衬底上的反射层、以及在反射层上或在结构化衬底的另一侧上的具有磁性薄片的涂层。

在另一方面，公开了制造光学器件的方法，方法包括：在结构化衬底上形成图像；在结构化衬底上施加反射层，使得反射层模拟结构化衬底的形貌；以及施加具有磁性薄片的涂层。

在另一方面，公开了使用光学器件的方法，方法包括：形成光学器件，光学器件包括结构化衬底、在结构化衬底上的反射层、以及在反射层上的具有磁性薄片的涂层；以及倾斜光学器件，以使在结构化衬底上形成的图像作为顶层可视化。

在另一方面，公开了使用光学器件的方法，方法包括：形成光学器件，光学器件包括结构化衬底、在结构化衬底上的反射层以及在衬底的未被结构化的一侧上的具有磁性薄片的涂层；以及倾斜光学器件，以使在结构化衬底上形成的图像作为顶层可视化。

各种实施例的附加特征和优点将部分地在随后的描述中阐述，并且将部分地从描述中变得明显，或者可以通过各种实施例的实践而获知。各种实施例的目的和其他优点将通过本文的描述中特别指出的元件和组合来实现和获得。

具体实施方式

为了简单和例示的目的，主要通过参考本公开的示例来描述本公开。在以下描述中，阐述了许多具体细节来提供对本公开的透彻理解。然而，显而易见的是，可以在不限于这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，未详细描述一些方法和结构，以免不必要地混淆本公开。

附加地，在附图中描绘的元件可以包括附加部件并且那些图中描述的一些部件可以在不脱离本公开的范围的情况下被去除和/或修改。此外，图中描绘的元件可能未按比例绘制，并且因此元件可以具有与图中所示不同的尺寸和/或配置。

应当理解，前述整体描述和以下详细描述均仅是示例性和说明性的，并且旨在提供对本教导的各种实施例的解释。在其广泛和变化的实施例中，本文所公开的是光学器件以及制造和使用光学器件的方法。

本发明针对光学器件10，如图1所示，光学器件10包括结构化衬底12、反射层14、以及具有磁性薄片的涂层16。具有磁性薄片20的涂层16可以创建角度相关的透明度变化。

结构化衬底12可以包括被布置为形成图像的表面，诸如多个表面。结构化衬底12可以包括水平表面(即，没有结构的平面)和结构化表面(例如诸如，相对于水平表面成角度的表面)。例如，如图1所示，左端和右端以及底部边缘图示了水平表面11，并且中心图示了结构化表面13。应当注意，结构化表面13可以存在于结构化衬底的顶部边缘(图1和图2)或底部边缘(图3和图4)上。结构化衬底12可以包括形成由区域形状和配置限定的图像的表面。图像可以存在于衬底12的一个或多个表面上。图像可以包括但不限于文字、符号、数字、图案和形状。

通常用于制造光学器件10的任何衬底12均可以被用作结构化衬底12。合适的衬底12材料包括但不限于纸、纸板、纺织品、玻璃、聚合物、塑料或其组合。衬底12的材料可以是透明材料。例如，衬底12可以是压印的UV固化材料、被涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯上、在非观察侧上被施加到纸。在一个方面，结构化衬底12可以是透明材料，其中图像可以在衬底表面上或衬底表面中直接产生而形成结构化衬底12。

在一个方面，衬底12可以是被结构化的材料，即，被提供有形成图像和背景的多个表面。在一个方面，图像可以通过压印或具有共面表面的微镜阵列而形成。在另一方面，图像可以由光栅形成，诸如闪耀光栅或其变型。例如，图像可以由第一角度的光栅形成，并且背景可以由第二角度的光栅形成，第二角度偏离第一角度，诸如与第一角度成90°。闪耀光栅包括具有三角形锯齿形截面的多个光栅线，从而形成阶梯结构。阶梯可以相对于衬底12的表面以所谓的闪耀角度倾斜。闪耀角度可以被优化为将入射光角度的效率最大化并考虑光学器件10的预期用途。由闪耀光栅形成的结构化衬底12的多个表面可以以45°的表面角度反射光。例如，如果表面角度为30°，则反射光角度将为75°。在一个方面，形成图像的结构化衬底12的多个表面可以在磁性薄片20的涂层16的透明角度处是反射性的。以这种方式，图像的亮度可以被增强。附加地，图像在其他角度处的反射要少得多，这使得更容易实现与角度相关的消失(即，隐藏)效果。衬底12的一些区域可以不被结构化，诸如水平平面，并且由结构化表面形成的图像可以依赖于结构化表面的不同反射角度和/或在一些区域中不存在结构。

反射层14可以被施加在结构化衬底12上。反射层14可以以任何方式施加，只要反射层14模拟结构化衬底12的形貌，诸如每个表面、形状和/或多个表面的角度。具体地，反射层14可以是结构化衬底12上的金属化表面。反射层14可以被微结构化或者可以包括与结构化衬底12相同的光栅。

反射层14可以包括金属、非金属或金属合金。在一个示例中，反射层14的材料可以包括在期望光谱范围内具有反射特性的任何材料。例如，在期望光谱范围内反射率在5％至100％范围的任何材料。反射材料的一个示例可以是铝，铝具有良好的反射特性，价格低廉，并且容易形成或沉积为薄层。用于反射层14的反射性不透明材料的非限制性示例包括铝、铜、银、金、铂、钯、镍、钴、铌、铬、锡、铁，并且这些或其他金属的组合或合金可以被用作反射层14。在一个方面，反射层14的材料可以是白色或浅色金属。在其他示例中，反射层14可以包括但不限于过渡金属和镧系金属及其组合；以及金属碳化物、金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、它们的组合、或金属与这些材料中的一个或多个的混合物。在一个方面，反射层14可以包括选自玻璃、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、天然云母、合成云母和氯氧化铋的透明或半透明材料。在另一方面，反射层14可以包括选自硅、锗和钼的准金属材料。

反射层14的厚度可以在大约10nm到大约3微米的范围内，例如从大约30nm到大约1微米，并且作为进一步的示例从大约40nm到大约200nm。

磁性薄片20的涂层16可以被施加到反射层14。在一个方面，磁性薄片20的涂层16可以是光学器件10的外层。涂层16可以包括可固化粘合剂18。可固化粘合剂18的非限制性示例包括乙烯基树脂、丙烯酸树脂、氨基甲酸乙酯-醇酸树脂、它们的混合物以及与其他聚合物的混合物。粘合剂18通常可以是透明的，诸如清澈和/或无色，但可以是有色的，并且磁性薄片20可以是反射性的。

在一个示例中，包括磁性薄片20的涂层16可以以任何方式被施加到反射层14和/或结构化衬底12上，包括但不限于液体涂覆工艺。涂层16可以以允许磁性薄片20在所有方向上定向的厚度而施加。

涂层16的许多配置是可能的。在一个配置中，磁性薄片20可以均匀地分布在整个涂层16中。在另一配置中，磁性薄片20在涂层16的一些区域中可以比在其他区域中具有更高的浓度。并且在又一配置中，涂层16的体积的一些部分可以基本上没有磁性薄片20。

磁性薄片20可以是任何尺寸或形状并且可以包括可以在磁场中磁化的材料。在施加磁场时，磁性薄片20可以在预定方向上定向。一旦磁性薄片20的定向被获得，具有磁性薄片20的涂层16就可以被固化。

磁性薄片20通常是小的、薄的薄片，它们是平坦的或相当平坦的。磁性薄片20的典型尺寸可以是大约二十微米宽和大约一微米厚；然而，这些尺寸仅是示例性的而非限制性的。可以使用更大或更小的薄片，还可以使用具有不同纵横比的薄片。光学可变颜料(“OVMP”^TM)颜料薄片包括由薄膜层制成的光学干涉结构，诸如法布里-珀罗结构。OVMP随视角改变颜色。不同的光学干涉设计可以产生不同的色调和色彩传播。磁性材料的薄膜层(诸如约25nm至约250nm厚的镍或铬铁层)可以提供合适的磁性结构，用于将颜料薄片在涂层16内定向或对准。可以使用其他磁性材料，并且合适的材料可以形成永磁体或不形成永磁体，但通常期望在施加之前避免薄片的永久磁化，从而避免结块。一些磁性薄片20可以简单地由磁性材料制成，诸如镍薄片，镍薄片可以被用于反射、非变色效果。

包括磁性薄片20的涂层16可以使用沉积技术被施加到反射层14和/或结构化衬底12，使得涂层16在反射层14和/或结构化衬底12的外部。磁性薄片20的涂层16可以被施加到光学器件10的任何层，以完全覆盖一个层或覆盖层的一部分。例如，磁性薄片20的涂层16可以覆盖反射层14的一部分。磁场可以被施加到磁性薄片20，以将一个或多个薄片定向或对准，而涂层16中的粘合剂18仍是流体。粘合剂18然后可以干燥、固化或设定为将磁性薄片20的对准固定。

磁性薄片20可以被布置为实现百叶窗效果。具体地，磁性薄片20可以被对准为使得沿特定的观察方向，它们使反射层14和/或结构化衬底12可见，使得在结构化衬底12之上或之中存在的图像对观察者变得明显，同时，磁性薄片20阻碍沿另一观察方向的可见性。磁性薄片20的对准可以在整个涂层16上呈相似的角度，或者磁性薄片20的对准可以在涂层16的一部分中呈不同的角度，使得百叶窗效果发生在不同的视角或定向处。

在某些对准角度，磁性薄片20可以通过反射大部分传入光，使得看不到下层图像来创建箔状外观。在其他对准角度处，大部分传入光穿过经对准的薄片之间并且到达反射光的结构化衬底12，并且下层图像是可辨别的。

在一个方面，光学器件10还可以包括至少一个层，例如基部26、粘合剂24、多层涂层22或其组合。根据预期的视觉效果、光源、观察角度等，至少一个层可以位于整个光学器件10的各个位置中。在另一方面，多层涂层22可以包括多层光学干涉涂层。在另一方面，多层涂层22可以包括变色涂层。

图2图示了包括基部26的光学器件10的截面图，基部26具有施加到基部26的表面的粘合剂24。基部26的非限制性示例包括文件、银行票据、纸、纸板、可以支持光学器件的任何材料或者可以包括安全特征的任何材料。粘合剂24可以是可以将基部26固定或键合到光学器件10中的其他层的任何有色或透明材料。例如，结构化衬底12可以经由粘合剂24而被粘合到基部26。

如图2所示，光学器件10还可以包括多层涂层22。多层涂层22可以位于光学器件10内的任何位置，诸如在反射层14和磁性薄片20的涂层16之间。多层涂层22可以是不透明或者可以提供在一个或多个波长处的透射。在多层涂层22中，例如在多层的每一层中存在的材料或由每一层可视化的颜色方面，每一层可以相同或不同。例如，多层涂层22可以包括反射层、介电层和吸收层。多层涂层22可以是不透明的，并且可以位于结构化衬底上和/或与反射层14相邻。多层涂层22可以是光学干涉涂层。

图3图示了根据另一方面的光学器件10的截面。光学器件10可以包括基部26，基部26具有将多层涂层22固定到基部26的粘合剂24。多层涂层22可以是金属的、不透明的，或者可以提供在一个或多个波长处的透射。多层涂层22可以位于粘合剂24和反射层14之间。结构化衬底12可以位于反射层14和具有磁性薄片20的涂层16之间。

图4图示了根据另一方面的光学器件10的截面。光学器件10可以包括基部26、粘合剂24、反射层14、结构化衬底12、多层涂层22和磁性薄片20的涂层16。结构化衬底12可以是透明的、无色的或可以被着色。多层涂层22可以是透明色移多层二向色涂层。例如，多层涂层22可以是高折射率材料和低折射率材料的交替层的堆叠。作为另一示例，多层涂层22可以包括透明的有色树脂。

制造光学器件10的方法可以包括：在结构化衬底12上形成图像；在结构化衬底上施加反射层14，使得反射层14模拟结构化衬底12的形貌；以及施加包括磁性薄片20的涂层16。方法可以包括在反射层14和磁性薄片20的涂层16之间施加多层涂层22。方法可以进一步包括：提供基部26以及将粘合剂24施加到基部。方法还可以包括：经由粘合剂24，将结构化衬底12粘附到基部26。方法还可以包括：将多层涂层22(诸如光学干涉着色剂)施加到反射层14，使得多层涂层22模拟反射层14的形貌。在一个方面，多层涂层(诸如光学干涉着色剂)可以包括色移着色剂。

制造光学器件的方法可以包括：提供基部26；将粘合剂24施加到基部；将多层涂层22粘合到粘合剂24；将反射层14施加到多层涂层22；将结构化衬底12施加到多层涂层22；以及将具有磁性薄片20的涂层16施加到结构化衬底12。反射层14和/或多层涂层22可以模拟结构化衬底12的形貌。

制造光学器件的方法可以包括：提供基部26；将粘合剂24施加到基部；将反射层14施加到粘合剂24；将结构化衬底12施加到反射层14；将多层涂层22施加到结构化衬底12；以及将具有磁性薄片20的涂层16施加到多层涂层22。反射层14和/或粘合剂24可以模拟结构化衬底12的形貌。

使用光学器件10的方法可以包括：形成光学器件10，光学器件10包括结构化衬底12、在结构化衬底12上的反射层14以及在反射层14上的具有磁性薄片20的涂层16；以及倾斜光学器件10，以使在结构化衬底12上形成的图像作为顶层可视化。具有磁性薄片20的涂层16可以是光学器件10的外层。具有磁性薄片20的涂层16可以表现出百叶窗效应。在一个方面，图像可以在呈现百叶窗效应的磁性薄片20之间被可视化。在另一方面，图像在呈现百叶窗效应的磁性薄片20之间没有被可视化。作为附加选择，反射层14的被涂层16覆盖的区域可以被图案化，从而不覆盖反射层14的所有区域。

使用光学器件10的方法可以包括：形成光学器件10，光学器件10包括结构化衬底12、在结构化衬底12上的反射层14以及在结构化衬底12的未被结构化的一侧上的具有磁性薄片20的涂层16；以及倾斜光学器件10，以使在结构化衬底12上形成的图像作为顶层可视化。具有磁性薄片20的涂层16可以表现出百叶窗效应。在一个方面，图像可以在呈现百叶窗效应的磁性薄片20之间被可视化。在另一方面，图像在呈现百叶窗效应的磁性薄片20之间未被可视化。作为附加选择，反射层14被涂层16覆盖的区域可以被图案化，从而不覆盖反射层14的所有区域。

根据前面的描述，本领域技术人员可以理解，本教导可以以多种形式来实现。因此，虽然已结合特定实施例及其示例描述了这些教导，但本教导的真实范围不应如此限制。在不脱离本文教导的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

本公开范围应被广义地解释。本公开旨在公开实现本文所公开的设备、活动和机械动作的等效物、装置、系统和方法。对于所公开的每个设备、制品、方法、装置、机械元件或机构，本公开还旨在涵盖在其公开内容中并教导用于实践本文所公开的许多方面、机构和设备的等效物、装置、系统和方法。附加地，本公开内容涉及涂层及其许多方面、特征和元件。这样的设备在其使用和操作中可以是动态的，本公开旨在涵盖使用设备和/或制造的光学器件的等效物、装置、系统和方法及其与本文所公开的操作和功能一致的许多方面。本申请的权利要求同样被广泛地解释。本文中在它们的许多实施例中对本发明的描述本质上仅是示例性的，因此，不脱离本发明的主旨的变化旨在落入本发明的范围内。这样的变化不应被视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光学器件，包括：

结构化衬底，包括多个表面，所述多个表面被布置为在所述衬底上形成图像；

在所述结构化衬底上的反射层；和

在所述反射层上或者所述结构化衬底的另一侧上的具有磁性薄片的涂层。

2.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述多个表面包括具有共面表面的微镜阵列。

3.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述多个表面包括形成所述图像的光栅。

4.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述多个表面形成背景，其中所述图像由处于第一角度的光栅形成，并且所述背景由处于与所述第一角度偏离的第二角度的光栅形成。

5.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述磁性薄片被对准以提供用于观看所述图像的透明角度。

6.根据权利要求5所述的光学器件，其中所述多个表面成一定角度以提供所述透明角度处的反射率，使得能够透过所述具有磁性薄片的涂层观看所述图像。

7.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述反射层模拟所述结构化衬底的形貌。

8.根据权利要求1所述的光学器件，还包括通过粘合剂固定到所述光学器件的基部，所述基部选自文件、银行票据、纸张或纸板。

9.根据权利要求1所述的光学器件，还包括在所述结构化衬底与所述具有磁性薄片的涂层之间的多层涂层。

10.根据权利要求9所述的光学器件，其中所述多层涂层是透明色移多层二向色涂层或包含透明有色树脂的涂层。