CN1209590A - 在衬底上制作表面结构特别是全息表面结构的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在衬底上制作表面结构,特别是全息表面结构的方法。为了方便地单独制作表面结构,在衬底4上涂以辐射固化的物质,特别是辐射固化的单分子体5。可以通过一个圆柱体10将浮雕图案引入涂层中。通过已调制的射线束1a,1b使浮雕图案固化。

Description

在衬底上制作表面结构特别是全息表面        结构的方法和装置
本发明涉及在衬底上制作表面结构，特别是全息表面结构的方法及实现该方法所用的装置。
需要制作的表面结构一般是浮雕结构。我们要把一种给定的或规定的表面结构或浮雕结构施加到衬底上。以后就可以将此衬底用作浮雕全息照相的模子(浮雕底版)。
本发明的目标是提供一种上述类型的方法和装置，以简便地制作表面结构，特别是全息表面结构。
本发明的第一种实现上述目标的方案包括：在衬底上涂覆一种辐射固化的物质，特别是辐射固化的单分子体，然后将浮雕图案引入涂层中并用经调制的射线束使图案固化。辐射固化的物质最好是流体。这种物质可用电磁射线，例如紫外光来固化。普通的浮雕图案都可以采用。在至少一个经调制的辐射束照射到的区域中，这种辐射固化的物质被固化。当然，射线束必须适合于固化辐射固化的物质。
浮雕图案最好通过一个圆柱体来施加。但是，也可以采用断续运动的平面件。圆柱体表面上可以有普通的浮雕结构。
调制的射线可通过一个扫描器，特别是线性扫描器来实现。这在浮雕图案是通过圆柱体施加时具有特别的优点。线性扫描器的线最好是平行于浮雕圆柱体的圆周线，或垂直于扫描器向前运动的方向。
采用液晶显示板(LCD)来实现辐射，给本方案带来一个新的优点。通过PC或其它计算机控制LCD，可便捷地将需要单独固化的表面结构区域程序化。
这种方法可以重复一至数次。因而可在衬底上一个接一个地制作几种表面结构，根据需要这些结构可以是不同的，可以紧接着排列或者重迭在一起。
举例来说，我们可将尚未固化的物质或单分子体在辐射或固化后清洗掉。
在衬底上制作表面结构，特别是全息表面结构的装置，根据本发明包括：一个圆柱体，涂有辐射固化的物质，例如辐射固化的单分子体的衬底可在其上被导向；一个辐射装置，用来对经涂覆的衬底通过经调制的射线束进入辐射。
用来将衬底涂上辐射固化物质，特别是辐射固化的单分子体的涂覆装置，最好是串接在圆柱体的前面。
辐射装置最好位于圆柱体外面。这种情况下，衬底对于辐射装置的射线是半透明的。不过也可把辐射装置放在圆柱体里面。这种情况下，圆柱体表面对射线束是透明的。
辐射装置最好包括一个光调制器，例如扫描器，特别是线性扫描器，以及/或者一个LCD。
最好是把几个装置一个接一个地串起来。使衬底逐一通过这些装置。这样就可以在衬底上按需要一个接一个地制作可能是不同的表面结构，这些表面结构可以紧接着排列并且/或者相互重迭。
举例来说，可以把一个清洗装置连在圆柱体后面，以洗掉未固化的物质或未固化的单分子体。
构成本发明主题的目的根据第二种方案由上述类型的方法来实现，这第二种方案是，将一种辐射固化的物质，特别是辐射固化的单分子体，根据要制作的表面结构和用射线束所辐射的物质涂覆到衬底上。因此这种情况下，辐射固化的物质不是涂覆到衬底的整个表面区域，而只涂覆则以后要制作表面结构的区域。这种物质在该区域经辐射后被固化。这种方法的一个优点是，不再需要对没有表面结构的那些区域进行液体清洗。
本发明的两种方法的区别在于：按照第一种方法，辐射固化的物质首先涂覆到整个衬底上，或者至少涂覆到比以后要制作表面结构的区域要大的衬底区域上。这时仅仅对以后要制作表面结构的那些区域通过射线束进行辐射。与此不同，在第二种方法中，辐射固化的物质从一开始就只涂覆到以后要制作表面结构的衬底上。这时固化射线束不需要经过调制(只要没有另外的全息图形要辐射)。
可以采用特定的涂覆方法将辐射固化的物质或单分子体涂覆到衬底上，例如用喷射法或压印法或其它方法。根据另一项改进，辐射固化的物质或单分子体可以涂覆到表面具有浮雕的圆柱体上，然后经辐射固化后涂覆到衬底上。这种情况下，辐射固化的物质或单分子体是用喷墨嘴单独涂覆到浮雕圆柱体上。这时只需通过均匀的未经调制的射线就可使其固化。
这种方法可以重复一至数次，以将不同的表面结构按需要到衬底上，或施加到衬底上紧相连或相互重迭的区域。
按照本发明的第二种方案，在衬底上制作表面结构，特别是全息表面结构的装置包括：一个将辐射固化的物质，特别是辐射固化的单分子体按要制作的表面结构涂覆到衬底上的装置，和一个对该物质进行辐射的辐射装置。
这种装置最好包括一个圆柱体。涂覆装置可以包括一些喷墨嘴，把辐射固化的物质或单分子体涂覆到衬底上和/或圆柱体上。有利地是，将几个装置串连起来，就可按需要在衬底上制作不同的表面结构，还可在衬底上紧相连的和/或相互重迭的区域制作表面结构。
本发明特别适合于制作全息表面结构。当然也可制作其它的表面结构，例如光栅。这些表面结构是以压铸或模压的方法制作的。
下面结合附图来详细叙述本发明的具体实施方案，其中：
图1是通过一个圆柱体在衬底上制作表面结构的装置的侧视图；
图2是图1所示装置加上涂覆装置和线性扫描器的透视图；
图3是图2所示装置带LCD的一种改型；
图4是一种清洗装置的侧视图；
图5是将两个图2的装置串连在一起；
图6是用喷墨嘴在衬底上制作表面结构的装置的透视图；
图7是通过喷墨嘴将表面结构施加到圆柱体上而在衬底上制作表面结构的装置的透视图。
图1所示装置中，涂有液态辐射固化的单分子体5的薄片4被送到旋转圆柱体10上。圆柱体10包括一个圆柱面(圆柱壁)3，其外侧施加上表面结构。它可以是一个全息表面结构。薄片4开始绕着第一导辊7导向，然后与表面结构2接触，这时，辐射固化的液态单分子体5处在薄片4面向表面结构2的一面。薄片4的进给速度与圆柱壁3的圆周速度完全相同。此后薄片被另一个导辊7′转向而离开圆柱体。
当薄片4与表面结构2接触时，浮雕图案就被施加到薄片4的单分子体涂层5上，它是表面结构2的浮雕图案(相反)。这个浮雕图案被经调制的射线束1a和/或1b辐射。辐射可以通过经调制的射线束1a从里面进行，即从圆柱体内部进行。这时圆柱体壁3必须是半透明的。但是，也可以用经调制的射线束1b从外面或从里面进行辐射。当从外面辐射时，薄片4应为半透明体；当从里面辐射时，浮雕圆柱体应为半透明体，以便对单分子体5进行辐射和固化。
射线束1a和/或1b的调制方式应使得只有浮雕图案的某些预定区域被光辐射。这些区域在图1中用黑色标明。在这些区域中，单分子体5被固化。这样预定的表面结构就通过辐射固化的单分子体6形成在薄片上。在已固化区域之间仍然有液态单分子体5存在。
图2中示出一个位于圆柱体前的涂覆装置，它包括一个注有液态单分子体的槽8，一个下涂覆辊9，和一个上涂覆辊9′。下涂覆辊9浸在槽8的液态单分子体中。它按反时针方向旋转，并与按顺时针方向旋转的上涂覆辊9′相接触，两个辊子的圆周速度与薄片4的传送速度11相同。
在图2的具体装置中，通过一个线性扫描器2由已调制的射线束1进行辐射，扫描器由一个转动的多面体镜组成且由具有调制能力的射线束源3照射。线性扫描器2的线平行于圆柱体10的圆周线运动。这样就把带固化单分子体的区域14涂覆到薄片4上。
图3所示的结构与图2的不同之处是，线性扫描器被一个具有LCD23的辐射装置所替代，该装置通过一个透镜系统22被发散的射线束1所辐射。预定的表面结构制作在LCD 23上。发散射线束1由透镜系统22引导到LCD23上并被该系统所调制。LCD位于圆柱体10上方，与圆柱体的一条圆周线相平行并与之相隔一定距离。
图4是一个用来清洗未受辐射的单分子体的清洗装置。它包括一个清洗鼓34，鼓在装有清洗溶剂33的容器中转动。其上具有已固化的单分子体和液态单分子体区域的薄片31，通过一块橡胶刮板32引至导辊35。在该处薄片31与清洗鼓34的外圆周相接触，使得单分子体区域处在外圆周上。在清洗溶剂33中，液态单分子体被从薄片31上清除。经过这样清洗的薄片31在绕过清洗鼓34一周后被导向通过橡胶辊36。通过与清洗鼓34接触的橡胶辊36，任何仍然附着在薄片31上的溶剂立即就被挤压出去。
带有已固化的单分子体的薄片37随即被送到它两侧的一对橡胶刮板32处，后者将任何残留的单分子体和/或溶剂都刮干净。刮板后面有一对位于薄片31两侧的热空气喷嘴，用来将仍然残存的单分子体和/或溶剂吹走。
图5是将图2所示类型的两个装置连在一起。相同的部件用同一符号标识，以避免重复说明。通过第一个铭刻束1将第一个表面结构14施加到薄片4上。第二个铭刻束1′则把第二个表面结构14′施加在薄片4上。在图5的实施装置中，14和14′是彼此相邻的。但是，它们也可以全部或部分地重迭在一起。
图6和图7表示按本发明的第二种方案的具体实施装置。图6中通过喷墨嘴41将辐射固化的单分子按表面结构44涂覆到薄片4上。于是在薄片4上就形成预定的表面结构的喷射单分子体42。这种预定表面结构是通过对喷墨嘴41作相应的控制而制作的。薄片4通过圆柱体10时就被发散的射线束43所辐射。因而处在预定区域的单分子体就被固化。在区域44，薄片4上就形成了已经固化的单分子体。
图7所示为另一种改型的具体实施装置，其中的喷墨嘴41不直接将单分子体涂覆到薄片4上，而是首先涂覆到具有普通的表面结构或浮雕结构的圆柱体10上。喷墨嘴41安放在圆柱体的下方。圆柱体10每转一转，其表面就被发散射线束52辐射一次。喷墨嘴41只把单分子体涂覆到圆柱体10上预定要制作表面结构57的那些区域。在这些区域的单分子体就被发散的射线束52所固化，然后被转移到薄片4上。
薄片4首先被位于圆柱体10上方的导辊子55转向下方，并通过压紧辊56与圆柱体10的表面接触，然后被另一个导辊55′引走。
由于在图6和图7的具体实施装置中单分子体只被涂覆在要制作表面结构的预定区域，所以不需要清洗设备。
利用本发明将大大减小对安全全息图案的复制和模仿能力。通过制作微结构图形可以简单地使仿造变得很困难。这些微结构可以制作成具有具体个体特性的图形，例如数字，条形码，人像(用于身份证等)或类似的东西。
本发明提供了一种将表面结构单个地转移到半透明或不透明衬底上的方法和装置，而不需要昂贵的全息设备。特别是，可以用非相干光源进行辐射。利用现有的技术不费多大力气就可以使要转移的信息具有自身的特色，这些技术包括LCD显示(投影仪)，调制激光(激光打印机)，喷墨单分子体涂覆(喷墨打印机)，电子束扫描器(焊接，打孔)，电气机械上可调的模板，热传递技术(打印字，传真机)以及用激光扫描器的静电放电技术(激光打印机)。
通过不同结构的结合或重迭，在一个工序中就可以方便地把复杂的结构制作出来。即使制造面积很大的结构也不需要特殊的设备。利用本发明可以方便直接地制备用于浮雕全息照相的浮雕母板，用不用相干激光和全息设备都行。在单分子体中混入不同的颜料，荧光颜料，可逆热颜料和/或微胶粒状(或者也可以是直接加入)的铁磁物质，将使仿制和伪造变得更困难。通过对重迭区域进行多次涂覆，可以在衬底上制作凸起或浮雕结构。
按照本发明的第一种实施方案，衬底上要涂覆辐射固化的物质，例如辐射固化的单分子体。但若采用预先涂覆的衬底，则这个工序就可省去。这种情况下，将浮雕图案施加到预先涂覆好的衬底的涂层上，并用已调制或未调制的射线束进行辐射。
在图5所示的对单分子体进行多次涂覆的情况下，如果每次涂覆的区域相重迭，就可在固化的单分子体层上制作出凸起图形。这些凸起可以触摸到或测量出来，因而更增加表面结构的真实感。此外，还可以在第一个圆柱体10上制作第一种结构，在第二种圆柱体10′上制作第二种或多种结构。这些结构可以分别为第一种或第二种颜色。

Claims (23)

1．一种在衬底上制作表面结构，特别是全息表面结构的方法，其特征在于：在衬底上涂覆辐射固化的物质，特别是辐射固化的单分子体(5)；将浮雕图案引到涂层上并用经调制的射线束(1a,1b)使其固化。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，浮雕图案是通过一个圆柱体(10)来施加的。
3．根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，辐射是对衬底背离涂层的一面进行的。
4．根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于辐射是通过一个扫描器，特别是线性扫描器(12)来进行的。
5．根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于辐射由一个LCD(23)来实现。
6．根据任一前述根据权利要求所述的方法，其特征在于，整个过程重复一次或数次。
7．根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，未固化的物质或单分子体被清洗掉。
8．一种在衬底上制作表面结构，特别是全息表面结构的装置，包括：
一个圆柱体(10)，涂有辐射固化物质(5)，特别是辐射固化的单分子体的衬底(4)，可在其上被导向；一个辐射装置(1a,1b)，用于通过已调制的射线束对涂覆衬底进行辐射。
9．根据权利要求8所述的装置，其特征在于用来将衬底涂覆辐射固化物质，特别是辐射固化的单分子体的涂覆装置(8,9,9′)串接在圆柱体(10)的前面。
10．根据权利要求8或9之一所述的装置，其特征在于，辐射装置放在圆柱体(10)的外面。
11．根据权利要求8至10之一所述的装置，其特征在于辐射装置放在圆柱体(10)的里面。
12．根据权利要求8至11之一所述的装置，其特征在于辐射装置是一个扫描器，特别是线性扫描器(12)。
13．根据权利要求8至12之一所述的装置，其特征在于辐射装置是一个LCD(23)。
14．根据权利要求8至13之一所述的装置，其特征在于几种装置是一个接一个地串连在一起。
15．根据权利要求8至14之一所述的装置，其特征在于用来清洗未固化的物质或单分子体的清洗设备(33,34)是串接在圆柱体(10)的后面。
16．一种在衬底上制作表面结构，特别是全息表面结构的方法，其特征在于：
按需要制作的表面结构(44,57)在衬底(4)上涂覆一种辐射固化的物质，特别是辐射固化的单分子体；
这种物质被射线束(43,52)所辐射。
17．根据权利要求16所述的方法，其特征在于辐射固化的物质或单分子体是通过专门的涂覆方法加到衬底(4)上的，例如喷射法，压印法等。
18．根据权利要求16所述的方法，其特征在于辐射固化的物质或单分子体先是涂覆到具有表面浮雕的圆柱体(10)上，经辐射(52)固化后再从圆柱体涂覆到衬底(4)上。
19．根据权利要求16至18之一所述的方法，其特征在于整个过程重复一次或数次。
20．一种在衬底上制作表面结构，特别是全息表面结构的装置，包括：
一个涂覆装置，用来将辐射固化的物质，特别是辐射固化的单分子体按照要制作的表面结构(44,57)涂覆到衬底(4)上；一个辐射装置(43,52)，用来对这种物质进行辐射。
21．根据权利要求20所述的装置，其特征在于有一个圆柱体(10)。
22．根据权利要求20或21之一所述的装置，其特征在于涂覆装置可以是喷墨嘴(41)，用来将辐射固化的物质或单分子体涂覆到衬底(4)和/或圆柱体(10)上。
23．根据权利要求20至22之一所述的装置中，其特征在于几个装置是一个接一个地串连起来的。
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