CN1818722A - 具有空间周期变化的点矩阵全像及其制法 - Google Patents

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Abstract

一种可降低记录光阻记录材料非线性效应的绕射单元，它可以产生明亮多彩的绕射图案，并揭示其记录的方法。同时也揭示利用本发明方法所制作的交错光栅。一组绕射花纹是由多重复合的单元所形成，且至少一单元中的绕射周期具有空间变化。目前已发现具有空间周期变化的特性，能补偿例如材料的非线性特性或结构内部隙缝所造成降低谐波的效应，进而改善色彩效果。

Description

具有空间周期变化的点矩阵全像及其制法
技术领域
本发明是有关作为包装使用的绕射光栅以产生全像图像，尤其是改进绕射光栅的色彩品质。
背景技术
绕射图案(Diffractive device)被用于包装纸、包装封面、证明产品真实性的卷标等平面造型设计，和许多其它的应用。绕射图案使光绕射出多彩的花纹(Patterns)。绕射图案或光栅(Gratings)通常是透过记录两束激光束的干涉而被制成。其中之一被包装业者广为使用的花纹，被称为彩虹全像(Rainbow hologram)，它实际上是由两互相旋转90度的线性干涉花纹重叠而成。更复杂的花纹，如美国专利4,568,141及5,032,003中所揭示的，是由具有变化角度的小绕射单元(Diffractive unit)所组成的。每一绕射单元内部的周期是固定的，但可能修饰每一绕射单元以产一想要的效果。每一绕射单元内部的周期定义该单元的颜色，使用多数的单元构成所想要的花纹。例如如果某人要从绕射单元的某一角度观看到红色，此绕射单元内部的光栅周期，需由下列公式所决定：
Figure A20051010363600061
其中λr及Tr分别为该红色的波长及该绕射单元相对应的周期。在利用光阻记录材料(Photo-resist recordingmaterial)记录(Recording)绕射单元时，该材料的非线性特质(Nonlinear characteristics)从相同的光栅结构产生复数的绕射花纹(第二谐波或次谐波(Second harmonic orsub-harmonic))，造成绕射单元的光效率降低的结果。因为绕射花纹是压凸于反射面上，降低绕射的色彩将使花纹看起来带白色且不鲜艳。
发明内容
本发明的目的，在提供一种可降低记录光阻记录材料非线性效应的绕射单元，它可以产生明亮多彩的绕射图案，并揭示其记录的方法。
本发明的另一目的，在提供一种利用本发明的方法所制作的交错光栅(Cross grating)图案。
本发明的又一目的，在提供一组由多重复合的单元所形成的绕射花纹，且至少一单元中的绕射周期具有空间变化。目前已发现具有空间周期变化的特性，能补偿例如材料的非线性特性或结构内部隙缝所造成降低谐波的效应，进而改善色彩效果。
本发明一种具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，包括：
一载体具有光学变化表面的花纹；
该花纹包含复数个绕射单元；
至少有一该绕射单元的内部具有一绕射花纹；该绕射花纹具有空间周期变化。
其中该空间周期变化结构是由下列公式所决定：
I 1 ( x ) = 1 + cos ( 2 π ( x + ax 2 ) T )
其中“T”是该绕射单元内部正常的周期，“a”为该绕射单元内部决定该周期变化的参数。
其中该花纹是单一方向的绕射花纹。
其中该花纹是两方向的绕射花纹。
其中该至少一单元具有两方向的绕射花纹，且在该单元内至少有一绕射花纹具有空间变化。
其中包括具有复数个绕射单元不同大小的全像，其中该较大的绕射单元相较于较小的绕射单元，绕射单元愈大，绕射花纹的空间周期的变化愈小。
本发明一种具有空间周期变化的点矩阵全像的制法，其特征在于，包括：
在一载体上形成具有光学变化表面的花纹；
在该花纹形成复数个绕射单元；
在该至少一绕射单元的内部形成一具有空间周期变化的绕射花纹。
本发明一种具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，包括：
一载体具有光学变化表面的花纹；
该花纹包含复数个具有交错光栅结构的绕射单元；
以便当该绕射单元被雷射束照射时，产生第一绕射阶的绕射光束与第零绕射阶的绕射光束具有不同的形状。
其中该第零绕射阶的绕射光束的形状呈圆形，且该第一绕射阶的绕射光束的形状呈椭圆形。
附图说明
本发明的其它目的、功效，请参阅图式及实施例，详细说明如下。
图1(a)为已知具有固定周期绕射单元的绕射花纹的示意图。
图1(b)为图1(a)所示已知绕射花纹的绕射波谱示意图。
图2(a)为本发明在基板上具有由空间周期变化的绕射单元组成的绕射花纹示意图。
图2(b)为图2(a)所示本发明绕射花纹的绕射波谱示意图。
图3(a)为已知具有固定周期绕射光栅的二维绕射波谱示意图。
图3(b)为本发明具有空间周期变化的绕射光栅的二维绕射波谱示意图。
图4(a)为由具有空间周期变化的长方形光栅组成的线性光栅示意图。
图4(b)为由具有空间周期变化的长方形光栅组成的交错光栅示意图。
具体实施方式
图1(a)显示，两绕射单元10、12具有固定的周期T。此两单元10、12组合成一简单的花纹14。两单元10、12被一小隙缝16分离。隙缝16通常是在记录作业中，为了布置结构的距离而变化周期结构(Periodic structure)的大小所形成的。穿透周期结构的雷射束强度正比于
I ( x ) = 1 + cos ( 2 πx T ) - - - ( 1 )
其中“T“是光栅的周期。雷射束轮廓暴露在一涂布有光敏材料(Photosensitive material)，如希普利光阻剂(Shipley photoresist)的薄板。显影之后，光阻薄板的表面轮廓显示出对应于公式(1)所示的变化。此表面的浮雕轮廓(Relief profile)稍后被转移至一镍板(Nickel shim)，此镍板接着用以压凸一反射膜使的具有凸起的浮雕花纹。当该膜被光线照射时，此浮雕花纹会变更光线的路径或相位。光线的波前(Wavefront)经该膜反射后，正比于ei(x)，其中φ(x)正比于I(x)。
经该膜绕射的绕射花纹包括多于一阶的绕射，如图1(b)所示。第一阶绕射谐波18是由周期“T“所形成的结果；而第二阶绕射谐波20是周期”T“的第二阶谐波，它是由记录材料的非线性本质所造成的结果。
通常两绕射单元10、12之间的隙缝16，也会造成接近第一绕射阶谐波的绕射阶谐波。该等绕射阶谐波会降低第一绕射阶谐波的效能，而使绕射出的波谱的颜色变得较模糊及较淡。
图2(a)显示两绕射单元22、24，均具有空间周期变化；这些绕射单元22、24构成一包装上的一片体(载体)上的简单的花纹26。左边的空间周期的每一单位清楚的比右边的空间周期的每一单位大。形成该具有空间变化的绕射单元的光学轮廓产生的波谱为
I 1 ( x ) = 1 + cos ( 2 π ( x + ax 2 ) T ) - - - ( 2 )
其中“a“是一个控制空间周期变化的变化量的参数。
一具有上述形状的绕射单元的膜的绕射花纹，如图2(b)所示。可看到第二阶绕射谐波28相对于第一阶绕射谐波30是被降低了。明显能补偿绕射单元的非线性特性或结构内部隙缝所造成降低谐波的效应，进而改善绕射色彩的效果。
图3(a)的例子显示，当一固定周期的结构被照射雷射束时，产生的二维绕射花纹。在中央的光束32为零阶，而光束34、36在两侧分别对应于+1绕射阶及-1绕射阶。绕射光束32、34、36皆呈圆形。
图3(b)显示被具有空间周期变化的绕射单元绕射的花纹。零阶光束38仍然呈圆形，然而，+1绕射阶及-1绕射阶的绕射光束40、42皆呈椭圆形。
图4(a)显示包含有多数绕射单元46的单一方向的光栅结构。每一绕射单元46具有宽度W及长度L。每一绕射单元46的内部具有空间周期变化。
图4(b)显示一种交错光栅结构48。交错光栅结构48是在同一感光层重叠如图4(a)所示的两单一方向光栅结构，以制成多数单元50。交错光栅结构48能绕射8束各分开45度的光束。
在一实施例中，一单元或细胞(Cell)具有宽度W及长度L，在单元或细胞内的空间频率(Spatially frequency)的变化Δf(线条/公厘(Lines/mm))，大于1/w(线条/公厘)或1/L(线条/公厘)。换句话说，光栅细胞愈大，空间频率的变化愈小。在一实施例中，空间频率的变化是线性的从单元或光栅细胞的一边到另一边。
本发明的绕射花纹可由不规则形状的单元所组成，如弯曲的单元形成具有一角度的绕射花纹。另外可包括超过两个方向的绕射花纹。可在一些或全部的单元具有空间变化的绕射花纹，且在一些或全部的方向。本发明绕射花纹可被复数个制程或装置制成。一个制造绕射花纹的例子，在美国专利6,775,037被提出，其所揭示的可被并入本发明作为参考。
以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本项技术者运用本发明所为的修饰、变化，皆属本发明主张的专利范围，而不限于实施例所揭示的内容。

Claims (9)

1、一种具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，包括：
一载体具有光学变化表面的花纹；
该花纹包含复数个绕射单元；
至少有一该绕射单元的内部具有一绕射花纹；该绕射花纹具有空间周期变化。
2、如权利要求1所述的具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，其中该空间周期变化结构是由下列公式所决定：
I 1 ( x ) = 1 + cos ( 2 π ( x + ax 2 ) T )
其中“T”是该绕射单元内部正常的周期，“a”为该绕射单元内部决定该周期变化的参数。
3、如权利要求1所述的具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，其中该花纹是单一方向的绕射花纹。
4、如权利要求1所述的具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，其中该花纹是两方向的绕射花纹。
5、如权利要求1所述的具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，其中该至少一单元具有两方向的绕射花纹，且在该单元内至少有一绕射花纹具有空间变化。
6、如权利要求1所述的具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，其中包括具有复数个绕射单元不同大小的全像，其中该较大的绕射单元相较于较小的绕射单元，绕射单元愈大，绕射花纹的空间周期的变化愈小。
7、一种具有空间周期变化的点矩阵全像的制法，其特征在于，包括：
在一载体上形成具有光学变化表面的花纹；
在该花纹形成复数个绕射单元；
在该至少一绕射单元的内部形成一具有空间周期变化的绕射花纹。
8、一种具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，包括：
一载体具有光学变化表面的花纹；
该花纹包含复数个具有交错光栅结构的绕射单元；
以便当该绕射单元被雷射束照射时，产生第一绕射阶的绕射光束与第零绕射阶的绕射光束具有不同的形状。
9、如权利要求8所述的具有空间周期变化的点矩阵全像，其特征在于，其中该第零绕射阶的绕射光束的形状呈圆形，且该第一绕射阶的绕射光束的形状呈椭圆形。
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