PL183249B1

PL183249B1 - Sposób wytwarzania struktury dyfrakcyjnej

Info

Publication number: PL183249B1
Application number: PL96327130A
Authority: PL
Inventors: Timothy A. Large
Original assignee: De La Rue International Ltd; Rue De Int Ltd
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 2002-06-28
Also published as: RU2162240C2; DE69619691T2; DE69619691D1; EP0865616A1; US6043936A; PL327130A1; GB9524862D0; AU1038897A; WO1997021121A1; EP0865616B1; AU704669B2

Abstract

1. Sposób wytwarzania struktury dy- frakcyjnej zawierajacej zasadniczo plaskie podloze i zestaw fasetek wytworzonych w lub na podlozu, przy czym plaszczyzna lub plaszczyzny polozenia fasetek znajduja sie pod niezerowym katem wzgledem plaszczyzny podloza, a na fasetkach jest utworzona siatka dyfrakcyjna, znamienny tym, ze wytwarza sie forme przez anizotro- powe wytrawianie silikonowego podloza z wytworzeniem szeregu fasetek na formie; powleka sie forme maska; rysuje sie drobna strukture siatki dyfrakcyjnej bezposrednio na masce promieniem elektronowym lub promieniem jonowym; wytwarza sie matry- ce z tej formy; oraz wytwarza sie strukture dyfrakcyjna z tej matrycy. F ig . 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania struktury dyfrakcyjnej.

W wielu zastosowaniach pożądana jest struktura dyfrakcyjna o właściwościach odbijania, w przypadku których wytworzenie koloru nie zależy od konkretnego ograniczonego oświetlenia i kątów obserwacji.

Przykładowo hologramy zabezpieczające w foliach zabezpieczających zwykle składają się z warstwy wytworzonej drogą formowania termicznego z odbijającą folią aluminiową osadzoną na tej warstwie wytworzonej drogą formowania termicznego. Hologram jest tworzony przez wytłoczenia na powierzchni. Brak jakiejkolwiek absorpcji w strukturze i wrażliwość na kąt obrazu holograficznego oznacza, że w rozproszonym oświetleniu (takim jak słabe światło dzienne lub pokój oświetlony wieloma lampami), hologram jest niewidoczny lub może być widziany tylko z bardzo wąskiego zakresu kątów obserwacji.

Jako następny przykład, w przypadku pigmentów dyfrakcyjnych, takich jak ujawnione w JP-A-63/172779, osiągnięto by korzyści dzięki zastosowaniu struktury dyfrakcyjnej, która nie wydaje się sprana i pozbawiona zabarwienia w normalnych warunkach oglądania na dworze. JP-A-63/172779 ujawnia pigment, który składa się z wielu cząstek, z których każda niesie na swojej powierzchni rowki, które tworzą siatkę dyfrakcyjną. Ponieważ siatka na cząstkach wykazuje silną kątową zależność i nie wykazuje wewnętrznej absorpcji, efekt koloru dyfrakcyjnego będzie widoczny tylko pod silnym, wysoce kierunkowym oświetleniem, takim jak bezpośrednie światło słoneczne lub oświetlenie punktowe. W rozproszonym oświetleniu (np. zachmurzonego dnia), pigment ujawniony w JP-A-63/172779 będzie wyglądał na szary.

W zgłoszeniu patentowym EP-A-303355 ujawniono przestrzenny hologram refleksyjny i holograficzną siatkę dyfrakcyjną składającą się z ośrodka z uformowaną w nim dużą liczbą umieszczonych w regularnych odstępach schodkowych struktur przenoszących informację, przy czym schodki tej struktury sięgają w głąb ośrodka. Przedstawiono również sposób wy4

183 249 twarzania hologramu przestrzennego w ośrodku rejestrującym, takim jak powłoki światłoczułe na drodze otwarcia hologramu przestrzennego. Otwarcie odbywa się przez utworzenie w tym samym ośrodku rejestrującym drugiego hologramu, takiego jak hologram pozaosiowy. Sposób wytwarzania hologramu jest jednak odmienny od sposobu zgodnie z wynalazkiem.

Opis patentowy US 4496216 dotyczy sposobu wytwarzania wzorów w materiale światłoczułym na drodze interferometrii z zastosowaniem wielu źródeł światła laserowego stosowanych jednocześnie. Sposób przewiduje zastosowanie co najmniej trzech wiązek światła laserowego jednocześnie, przy czym źródła tego światła są usytuowane symetrycznie wokół osi prostopadłej do tego materiału światłoczułego. Przedstawiony sposób jest całkowicie odmienny od sposobu zgodnie z wynalazkiem.

W zgłoszeniu patentowym EP 572271 przedstawiono sposób zapobiegania fałszowaniu dokumentów przez wykreślanie co najmniej jednego znaku autentyczności w postaci struktury przestrzennej oraz urządzenie do realizacji tego sposobu. W celu utrudnienia lub uniemożliwienia rozpoznania struktury przez pomiary natężenia światła, nakłada się dodatkową warstwę składnika deterministycznego i składnika stochastycznego powodującego rozpraszanie światła. Przedstawiony sposób dotyczy więc odmiennego rozwiązania.

W Journal of Physics E Selen. Insi., voł. 3, no. 12, str. 953 - 961 omówiono rolę siatek dyfrakcyjnych w spektroskopii i historię ich rozwoju. Omówiono również sposoby ich wytwarzania, między innymi również liniowanie siatek dyfrakcyjnych-wzorców. Przedstawiono również problemy związane z kontrolą kształtów rowków siatek dyfrakcyjnych. Takie teoretyczne podsumowanie jest pożyteczne przy ustalaniu specyfikacji dla konkretnego zastosowania, jednak nie umożliwia jednoznacznego określenia, bez dodatkowej wiedzy praktycznej wyboru konkretnego rozwiązania.

Celem niniejszego wynalazku było dostarczenie struktury dyfrakcyjnej wytwarzającej kolor w dużym zakresie kątów widzenia i oświetlenia.

Zgodnie z pierwszym aspektem niniejszego wynalazku jego przedmiotem jest sposób wytwarzania struktury dyfrakcyjnej zawierającej zasadniczo płaskie podłoże i zestaw fasetek wytworzonych w lub na podłożu, przy czym płaszczyzna lub płaszczyzny położenia fasetek znajdują się pod niezerowym kątem względem płaszczyzny podłoża, a na fasetkach jest utworzona siatka dyfrakcyjna, charakteryzujący się tym, że wytwarza się formę przez anizotropowe wytrawianie silikonowego podłoża z wytworzeniem szeregu fasetek na formie; powleka się formę maską; rysuje się drobną strukturę siatki dyfrakcyjnej bezpośrednio na masce promieniem elektronowym lub promieniem jonowym; wytwarza się matrycę z tej formy; oraz wytwarza się strukturę dyfrakcyjną z tej matrycy.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku matrycę wytwarza się metodą elektroformowania formy.

W innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku strukturę dyfrakcyjną wytwarza się metodą formowania termicznego matrycy.

W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku dodatkowo prowadzi się etap powlekania fasetek struktury dyfrakcyjnej warstwą metalu, korzystniej wytwarza się warstwę metalu, która jest nieciągła na siatce dyfrakcyjnej na fasetkach.

W jeszcze innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się fasetki leżące zasadniczo w tej samej płaszczyźnie.

W następnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się fasetki leżące w płaszczyznach zasadniczo równoległych, korzystniej wytwarza się fasetki leżące w zasadniczo regularnie oddalonych równoległych płaszczyznach.

W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się strukturę zawierającą ponadto drugi zestaw fasetek, który leży zasadniczo w drugiej płaszczyźnie lub płaszczyznach, które znajdują się pod skończonym kątem do zarówno pierwszego zestawu fasetek, jak i płaszczyzny podłoża tak, że pierwszy i drugi zestaw fasetek są usytuowane zasadniczo naprzeciwległe.

W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się fasetki utworzone przez ścianki piramid o kwadratowej podstawie, ścianki sześcianów, strukturę narożnego sześcianu albo ścianki czworościanów.

183 249

W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się siatkę dyfrakcyjną utworzoną przez szereg rowków w poprzek fasetek, krzyżową siatkę na fasetkach albo układ dołków i górek na fasetkach.

W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się siatkę dyfrakcyjną o typowym okresie mniejszym niż jedna długość fali światła widzialnego.

W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku objętość pomiędzy fasetkami wypełnia się przezroczystą substancją.

W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się siatkę dyfrakcyjną której okres wynosi 100 nm do 500 nm.

Zgodnie z drugim aspektem niniejszego wynalazku jego przedmiotem jest sposób wytwarzania struktury dyfrakcyjnej zawierającej pierwszy rząd fasetek leżący zasadniczo w tej samej pierwszej płaszczyźnie i drugi rząd fasetek leżący zasadniczo w tej samej drugiej płaszczyźnie, przy czym druga płaszczyzna znajduje się pod kątem 0 - 180° do pierwszej płaszczyzny tak, że pierwszy rząd fasetek i drugi rząd fasetek są usytuowane naprzeciwległe, a na każdej fasetce jest utworzona siatka dyfrakcyjna, charakteryzujący się tym, że wytwarza się formę przez anizotropowe wytrawianie silikonowego podłoża z wytworzeniem szeregu fasetek na formie; powleka się formę maską rysuje się drobną strukturę siatki dyfrakcyjnej bezpośrednio na masce promieniem elektronowym lub promieniem jonowym; wytwarza się matrycę z tej formy; oraz wytwarza się strukturę dyfrakcyjną z tej matrycy.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się pierwsze fasetki i drugie fasetki zasadniczo równoległe.

W innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytworzą się kolejne rzędy fasetek, które leżą w odpowiednich płaszczyznach zasadniczo ortogonalnych do pierwszej płaszczyzny.

W następnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się kolejne rzędy fasetek, które leżą w odpowiednich płaszczyznach zasadniczo równoległych do pierwszej płaszczyzny.

W jeszcze innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się fasetki uformowane w lub na zasadniczo płaskim podłożu, przy czym płaszczyzny, w których leżą fasetki znajdują się pod kątem 0 - 180° do płaszczyzny podłoża.

W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wytwarza się siatkę dyfrakcyjną© typowym okresie mniejszym niż jedna długość fali światła widzialnego.

W kolejnym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku fasetki wytwarza się z polimerycznego materiału powleczonego warstwą metalu, korzystniej wytwarza się warstwę metalu nieciągłą na siatce dyfrakcyjnej na fasetkach.

Tak więc, w przykładzie według wynalazku, powierzchniowa struktura pryzmatyczna stanowiąca układ zasadniczo płaskich fasetek powstaje w warstwie polimeru. Te fasetki mają zazwyczaj 1-100 pm w poprzek i są usytuowane pod określonym kątem względem płaszczyzny warstwy polimeru. Rowkowana powierzchnia, liniowy układ czworościanów, kwadratowe piramidy łub narożna struktura sześcienna (w której fasetki są wszystkie kwadratami) są przykładami takiej pryzmatycznej struktury. Struktura dyfrakcyjna jest tworzona na płaszczyźnie każdej fasetki. Ta mniejsza struktura może być (choć niekoniecznie) układem rowków, krzyżową siatką lub dwuwymiarowym układem dołków i górek, takich jak znana struktura oka ćmy. Mniejsza struktura będzie miała zazwyczaj rozmiary od połowy rozmiaru

183 249 fasetki do 0,1 pm. Tę strukturę korzystnie metalizuje się tak, że absorbuje pod pewnymi kątami padania, ale daje silną dyfrakcję pod innymi kątami.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie w widoku perspektywicznym przykład struktury dyfrakcyjnej według wynalazku, fig. 2 - schematycznie w widoku perspektywicznym inny przykład struktury dyfrakcyjnej według wynalazku, fig. 3 - schematycznie w widoku perspektywicznym inny przykład struktury dyfrakcyjnej według wynalazku, fig. 4 - schematycznie w przekroju poprzecznym wypełnioną polimerem strukturę dyfrakcyjną, fig. 5 - promienie światła padające na strukturę dyfrakcyjną, fig. 6 - rozkład promieni świetlnych padających na powierzchnię warstwy polimeru struktury dyfrakcyjnej, fig. 7 - rozkład promieni świetlnych padających wewnątrz warstwy polimeru struktury dyfrakcyjnej, fig. 8 - rozkład promieni świetlnych padających na siatkę struktury dyfrakcyjnej, fig. 9 - rozkład promieni świetlnych po dyfrakcji na siatce struktury dyfrakcyjnej, fig. 10 - rozkład promieni świetlnych opuszczających strukturę dyfrakcyjną, a fig. 11 - kartę kolorów CIE (Commission International de 1'Eclairage) pokazującą jak postrzegany kolor zmienia się wraz z kątem patrzenia.

Na fig. 1 pokazano strukturę dyfrakcyjną 100 utworzoną na podłożu 1 mającym układ fasetek 2. Fasetki 2 w tym przykładzie mają trójkątne powierzchnie 2 układu piramid 3 z kwadratową podstawą. Piramidy 3 powstają w lub na podłożu 1 z kwadratowymi podstawami 4 w tej samej płaszczyźnie z wytworzeniem odpowiednich rzędów współpłaszczyznowych fasetek 2. Długość każdego boku kwadratowej podstawy 4 piramidy 3 może wynosić 1-100 pm. Każda fasetka 2 piramidy 3 ma na sobie strukturę dyfrakcyjną, taką jak liniowana siatka dyfrakcyjna 5 utworzona przez rowki lub linie 6 umieszczone w regularnych odstępach. Siatka dyfrakcyjna 5 w tym przykładzie ma okres 300 nm (tj. odstępy pomiędzy kolejnymi liniami 6 wynoszą 300 nm) z wysokością (tj. głębokością linii 6) około 100 nm.

Zamiast piramid 3 z kwadratową podstawą, dwuwymiarowe fasetki 2 można uformować jako ścianki piramid o podstawie trójkątnej, regularne czworościany (patrz fig. 2), strukturę narożnych sześcianów (w których wszystkie lub zasadniczo wszystkie fasetki są kwadratami), lub dowolne inne wielościany lub struktury, które dają układ identycznych lub zasadniczo podobnych fasetek wystających z płaszczyzny podłoża 1 pod kątem 0 - 90° do płaszczyzny podłoża 1.

Zamiast liniowej siatki dyfrakcyjnej opisanej powyżej można zastosować dwuwymiarowy układ dołków i górek, takich jak znana struktura oka ćmy pokazana na fig. 3 jako siatka dyfrakcyjna 5.

Ogólnie mówiąc, długość podstaw fasetki 2 może mieścić się w zakresie od 1 pm do 100 pm. Skok siatki dyfrakcyjnej 5 utworzonej na fasetce 2 może mieścić się w zakresie od 0,1 pm do około połowy długości podstaw fasetki 2. Tak więc, np. gdy fasetka 2 ma długość podstawy 1 pm, skok siatki dyfrakcyjnej 5 może wynosić od 0,1 pm do około połowy rozmiaru fasetki, a maksymalnie 0,5 pm.

Ponieważ struktura siatki dyfrakcyjnej 5 jest umieszczona pod kątem do prostopadłej do podłoża 1, można zastosować siatki dyfrakcyjne poniżej długości fali, uzyskując minimalną dyspersję (to jest tak małe wahania koloru ze zmianą kąta jak to możliwe) i odcięcie pewnych kolorów, które nie mogą być odbijane, ponieważ ich długość fali jest za duża.

Ponadto, przeciwległe fasetki 2 pozwalają na przechwycenie kolorów o małej długości fali, ponieważ te ulegają dyfrakcji pod większym kątem względem fasetek niż fale o większej długości.

Tak więc w korzystnej postaci wynalazku występują dwa mechanizmy wyboru koloru. Błyszczące efekty barwne można wytwarzać nawet w rozproszonym oświetleniu i bez zastosowania pigmentów lub barwników.

Dwuwymiarowe struktury fasetek, jak opisano, takie jak powierzchnie układu piramid lub czworościanów, zmniejszają wrażliwość struktury dyfrakcyjnej 100 na obrót struktury 100 w jej własnej płaszczyźnie i poza jej własną płaszczyzną, widoczną w jednowymiarowej strukturze fasetki. Tak więc, jak wyjaśniono poniżej, struktura dyfrakcyjna 100 według niniejszego wynalazku wytworzy obrazy barwne w szerokim zakresie warunków oświetlenia i kątów obserwacji.

183 249

Stosowanie struktury rowka kształtu V (to jest jednowymiarową) dla fasetki 2 oznacza, że efekt barwny będzie zależał od kąta obrotu podłoża w jego płaszczyźnie, chociaż zachowana będzie względna niewrażliwość struktury na obrót tej płaszczyzny.

Poniżej opisano przykład sposobu wytwarzania struktury dyfrakcyjnej 100 według niniejszego wynalazku.

Najpierw materiał nieżelazny, taki jak mosiądz lub miedź, poddaje się obróbce skrawaniem stosując bardzo ostre narzędzie diamentowe (nie pokazane) z wytworzeniem formy, która jest zasadniczo identyczna ze strukturą dyfrakcyjną 100 wytwarzaną jako produkt końcowy. Zakończenie diamentowe narzędzia może zawierać kąt 30°. Narzędzie stosuje się do wycięcia rowka do pierwszej głębokości z wytworzeniem powierzchni naciętej mającej długość równą skokowi tworzonej siatki dyfrakcyjnej. Narzędzie następnie stosuje się do wycięcia rowka do drugiej głębokości, nacinając powierzchnię do długości dwukrotnego skoku siatki dyfrakcyjnej. Proces ten powtarza się, aż rowek zostanie nacięty do żądanej głębokości, przy czym narzędzie przesuwa się głębiej w materiał formy o odległość taką, że nacinaną płaszczyznę nacina się o długość równą skokowi siatki dyfrakcyjnej tworzonej w każdym kolejnym przejściu narzędzia. W wyniku tych coraz głębszych przejść narzędzia obrabiającego struktura siatki dyfrakcyjnej złożona z linii jest tworzona z naturalnych nacięć tworzonych podczas kolejnych przejść narzędzia. Tak nacięty rowek będzie wytwarzał pierwszy rząd fasetek w materiale. Przeciwległy rząd fasetek 2' i inne rzędy fasetek, zarówno równoległe jak i prostopadłe do pierwszego rzędu fasetek, są następnie wytwarzane przez obróbkę skrawaniem następnych rowków w podobny sposób, przy czym następne rowki są równoległe i prostopadłe do pierwszego rowka. Obejmowany kąt przeciwległych fasetek może wynosić np. 90°, chociaż będzie to zależało od geometrii i wysokości piramid 3, czworościanów lub innych wielościanów tworzących fasetki 2.

Dla przyspieszenia wytwarzania można zastosować serię podobnych narzędzi tnących wycinających równoległe rzędy rowków z wytworzeniem fasetek w trybie zespołowym. Ortogonalne rzędy można wycinać przesuwając ten sam lub inny zespół narzędzi tnących prostopadle do pierwszego rzędu fasetek.

Alternatywna technologia tworzenia formy jest następująca. Forma mająca układ piramid 3 o kwadratowej podstawie, piramid o trójkątnej podstawie, regularnych czworościanów, struktur narożnego sześcianu, lub innych wielościanów lub struktur, jest tworzona przez anizotropowe wytrawianie w krzemie. Daje to bardzo płaskie powierzchnie fasetek 2. Formy powleka się następnie maską. Drobna struktura tworząca siatkę dyfrakcyjną 5 jest następnie bezpośrednio zapisywana w masce promieniem elektronowym lub promieniem jonowym.

Jakkolwiek jest tworzona forma, jest ona następnie elektro formowana z wytworzeniem twardej matrycy, która jest negatywem formy, a więc także negatywem wytwarzanej struktury dyfrakcyjnej 100. Materiał matrycy musi być dość twardy, aby wytłaczać tworzywo sztuczne lub inny materiał, z którego tworzy się strukturę dyfrakcyjną 100. Matryca może być np. niklowa lub miedziana.

Matrycę poddaje się następnie formowaniu termicznemu z wytworzeniem negatywowej repliki matrycy w polimerze, w taki sam sposób jak znane handlowe hologramy. Odpowiednie polimery obejmują poli(metakrylan metylu) lub poliwęglan. Fasetki 2 na replice są następnie metalizowane cienką warstwą metalu, takiego jak chrom, miedź, nikiel lub glin, dla wytworzenia struktury dyfrakcyjnej 100 z fig. 1. Metalizowana warstwa może mieć 10-50 nm grubości i jest korzystnie nieciągła na rzeźbie w małej skali, która tworzy siatkę dyfrakcyjną 5 dzięki czemu siatka dyfrakcyjna 5 częściowo absorbuje lub przepuszcza i tylko słabo odbija zwierciadlanie.

Następnie korzystnie strukturę 100 wypełnia się warstwą materiału 7. Materiał warstwy 7 jest przezroczysty i może być polimerem osuszanym z rozpuszczalnika lub chemicznie utwardzanym, tak że struktura 100 ma zasadniczo płaskie i równoległe zewnętrzne powierzchnie, a rzeźba wewnętrznej struktury jest wypełniona polimerem 7, jak to pokazano na fig. 2. Warstwa polimeru 7 może dogodnie być warstwą przylepną, którą stosuje się do utrwalania struktury dyfrakcyjnej 1 na podłożu, do którego jest przytwierdzana.

183 249

Światło wchodzące w warstwę polimeru 7 ulega dyfrakcji, absorpcji lub odbiciu przez fasetki 2. Nierozproszone światło jest absorbowane przez siatkę dyfrakcyjną 5 lub jest zwierciadlanie odbijane. Gdy jest zwierciadlanie odbijane, przechodzi na sąsiednią fasetkę 2, gdzie ponownie ulega absorpcji lub zwierciadlanemu odbiciu. Jeśli siatka dyfrakcyjna 5 jest zaprojektowana tak, że tylko 10% światła padającego na nią może być odbite zwierciadlanie, tylko 1% może wydostać się po dwu takich odbiciach. Przy braku dyfrakcji cała struktura 100 jest więc zasadniczo nieodbijąjąca i wydaje się patrzącemu czarna. Siatka dyfrakcyjna 5 może być zaprojektowana tak, aby zredukować ilość światła odbijanego zwierciadlanie dzięki zapewnieniu skoku siatki mniejszego niż długość fali światła padającego na siatkę i głębokości siatki 5 takiej, że wsteczne odbicie jest znoszone przez interferencję. Jeśli płaszczyzna siatki 5 jest powleczona jak proponowano powyżej tłumiącym metalem (to jest o niskim współczynniku odbicia, takim jak miedź, nikiel lub glin) lub metalem nieciągłym w poprzek linii 6 siatki 5, to światło padające jest raczej absorbowane niż odbijane.

Rozproszenie zajdzie, gdy długość fali światła padającego, kąt padania światła i okres siatki dyfrakcyjnej 5 spełniają następującą zależność:

λ/η = d · 8Ϊη(φ) + d · sin(9), gdzie λ oznacza długość fali światła, η oznacza współczynnik załamania polimeru 7 wypełniającego strukturę dyfrakcyjną φ i Θ oznaczają kąty odpowiednio padania i rozproszenia względem normalnej 8 do fasetki 2, a d oznacza okres siatki dyfrakcyjnej 5, jak to pokazano na fig. 5.

Postrzegany kolor struktury 100 można wyliczyć śledząc drogi promieni, które wchodzą i wychodzą ze struktury 100 poprzez rozproszenie. Figury 6-10 pokazują jak rozkład promieni zmienia się, gdy promienie odbijają się najpierw na płaszczyźnie polimeru przy wejściu do polimeru, następnie ulegają dyfrakcji na fasetce i odbijają się ponownie przy wyjściu promieni z polimeru.

Figura 6 pokazuje wykres biegunowy natężenia padającego światła na powierzchni w rozproszonym oświetleniu, gdzie powierzchnią w tym przypadku jest zewnętrzna powierzchnia warstwy polimeru 7. Natężenie spada wraz z cosinusem kąta padania. Ta zależność jest znana jako oświetlenie Lamberta.

Ze względu na odbicie na granicy 9 powietrze-polimer, zakres kątów, w którym promienie świetlne rozchodzą się w warstwie polimeru 7 jest zmniejszony, jak pokazano na wykresie biegunowym z fig. 7.

Jak pokazano na fig. 8, promienie następnie padają na siatkę dyfrakcyjną 5 na płaszczyźnie fasetki 2 w zakresie kątów i część promieni ulega rozproszeniu. Dla uproszczenia tego opisu zakłada się, że (i) gdzie rozproszenie jest możliwe, całe światło podlega dyfrakcji, i (ii) gdzie rozproszenie jest niemożliwe, światło jest absorbowane lub przepuszczane przez siatkę dyfrakcyjną 5, jak to opisano powyżej. Należy jednak zrozumieć, że w praktyce skuteczność rozpraszania będzie się wahać z długością fali i kątem.

Część światła podlegająca dyfrakcji na siatce dyfrakcyjnej 5 na danej fasetce 2 jest zacieniana sąsiednią fasetką 2 i nie opuszcza struktury dyfrakcyjnej 100. Wykres biegunowy z fig. 9 pokazuje rozkład promieni rozproszonych z jednej fasetki 2 struktury dyfrakcyjnej 100 dla trzech różnych długości fal. Te długości fal odpowiadają pikom widzialnej odpowiedzi barwnej. Pełna linia oznacza światło niebieskie, linia kropkowana oznacza światło zielone, a linia kreskowana oznacza światło czerwone.

Gdy promienie opuszczają warstwę polimeru 7, ulegają ponownie załamaniu na 9 granicy powietrze-polimer. Figura 10 pokazuje rozkład promieni opuszczających strukturę dyfrakcyjną 100 po rozproszeniu na jednej fasetce 2.

Promienie świetlne opuszczające jedną fasetkę 2 mogą dodać się do promieni z sąsiedniej fasetki 2 tworzą wykres na standardowym wykresie barw CIF (Commission International de TEclairage) pokazujący, jak odbierany kolor zmienia się z kątem widzenia. Wykres odtworzono na fig. 11. W zakresie kątów widzenia 80° (plus lub minus 40° od normalnej do powierzchni 9 warstwy polimeru), istnieją małe odchylenia postrzeganego koloru. W tym przypadku struktura dyfrakcyjna 100 wytwarza żółty kolor w rozproszonym oświetleniu. Różne

183 249 kolory mogą być wytwarzane przez zmienianie kątów fasetki (to jest kąta fasetki 2 do powierzchni 9 warstwy polimeru) i okresu d siatki dyfrakcyjnej 5.

Tak więc niniejszy wynalazek dostarcza kolorowej struktury dyfrakcyjnej 100 zachowującej nasycony kolor przy oglądaniu w oświetleniu rozproszonym w szerokim zakresie kątów obserwacji.

Strukturę 100 można odwzorować znanymi technikami liniowania na dużej powierzchni i można ją uformować w ciągłą folię polimerową w pojedynczym etapie procesu wytłaczania podobnego do stosowanego w wytwarzaniu hologramów.

Kolor zależy głównie od kątów fasetki i skoku siatki dyfrakcyjnej, które nie zmieniają się znacząco przy zużywaniu. Struktura dyfrakcyjna 100 jest więc idealna do wytwarzania wielkich ilości materiału. Struktura dyfrakcyjna 100 znajduje szczególne zastosowanie w foliach zabezpieczających np. na kartach kredytowych lub debetowych, gdzie niezbędne jest bardzo wiele zasadniczo identycznych struktur dyfrakcyjnych 100.

W odniesieniu do przedstawionego przykładu opisano jedną z postaci wynalazku. Jednakże należy rozumieć, że można dokonywać zmian i modyfikacji w opisanym przykładzie w zakresie niniejszego wynalazku.

Fig. 3

Fig. 4

183 249

' kąt refrakcji । 360

183 249

360

183 249

• Itąt dyfrakcji 2-π ’ kąt dyfrakcji. 2 ·π · kąt dyfra

183 249

e	»y
Izowy	czerwo	tynowy
poinarańt		karma: 1		lirowy . 1
	biały		w	purp
<N	f	j niebieski	blęl
	zieli

>-*

pe?®¹

C^®

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania struktury dyfrakcyjnej zawierającej zasadniczo płaskie podłoże i zestaw fasetek wytworzonych w lub na podłożu, przy czym płaszczyzna lub płaszczyzny położenia fasetek znajdują się pod niezerowym kątem względem płaszczyzny podłoża, a na fasetkach jest utworzona siatka dyfrakcyjna, znamienny tym, że wytwarza się formę przez anizotropowe wytrawianie silikonowego podłoża z wytworzeniem szeregu fasetek na formie; powleka się formę maską; rysuje się drobną strukturę siatki dyfrakcyjnej bezpośrednio na mascę promieniem elektronowym lub promieniem jonowym; wytwarza się matrycę z tej formy; oraz wytwarza się strukturę dyfrakcyjną z tej matrycy.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że matrycę wytwarza się metodą elektroformowania formy.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strukturę dyfrakcyjną wytwarza się metodą formowania termicznego matrycy.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo prowadzi się etap powlekania fasetek struktury dyfrakcyjnej warstwą metalu.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wytwarza się warstwę metalu, która jest nieciągła na siatce dyfrakcyjnej (5) na fasetkach (2). .
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się fasetki (2) leżące zasadniczo w tej samej płaszczyźnie.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się fasetki (2) leżące w płaszczyznach zasadniczo równoległych.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że wytwarza się fasetki (2) leżące w zasadniczo regularnie oddalonych równoległych płaszczyznach.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się strukturę zawierającą ponadto drugi zestaw fasetek (2), który leży zasadniczo w drugiej płaszczyźnie lub płaszczyznach, które znajdują się pod skończonym kątem do zarówno pierwszego zestawu fasetek (2), jak i płaszczyzny podłoża (1) tak, że pierwszy i drugi zestaw fasetek są usytuowane zasadniczo naprzeciwległe.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się fasetki (2) utworzone przez ścianki piramid (3) o kwadratowej podstawie, ścianki sześcianów, strukturę narożnego sześcianu albo ścianki czworościanów.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się siatkę dyfrakcyjną (5) utworzoną przez szereg rowków (6) w poprzek fasetek (2), krzyżową siatkę na fasetkach (2) albo układ dołków i górek na fasetkach (2).
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się siatkę dyfrakcyjną (5) o typowym okresie mniejszym niż jedna długość fali światła widzialnego.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość pomiędzy fasetkami (2) wypełnia się przezroczystą substancją (7).
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się siatkę dyfrakcyjną której okres wynosi 100 nm do 500 nm.
15. Sposób wytwarzania struktury dyfrakcyjnej zawierającej pierwszy rząd fasetek leżący zasadniczo w tej samej pierwszej płaszczyźnie i drugi rząd fasetek leżący zasadniczo w tej samej drugiej płaszczyźnie, przy czym druga płaszczyzna znajduje się pod kątem 0 - 180° do pierwszej płaszczyzny tak, że pierwszy rząd fasetek i drugi rząd fasetek są usytuowane naprzeciwległe, a na każdej fasetce jest utworzona siatka dyfrakcyjna, znamienny tym, że wytwarza się formę przez anizotropowe wytrawianie silikonowego podłoża z wytworzeniem szeregu fasetek na formie; powleka się formę maską rysuje się drobną strukturę siatki dyfrakcyjnej bezpośrednio na masce promieniem elektronowym lub promieniem jonowym; wytwarza się matrycę z tej formy; oraz wytwarza się strukturę dyfrakcyjną z tej matrycy.

183 249
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wytwarza się pierwsze fasetki (2) i drugie fasetki (2) zasadniczo równoległe.
17. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wytwarza się kolejne rzędy fasetek (2), które leżą w odpowiednich płaszczyznach zasadniczo ortogonalnych do pierwszej płaszczyzny.
18. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wytwarza się kolejne rzędy fasetek (2), które leżą w odpowiednich płaszczyznach zasadniczo równoległych do pierwszej płaszczyzny.
19. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wytwarza się fasetki (2) uformowane w lub na zasadniczo płaskim podłożu (1), przy czym płaszczyzny, w których leżą fasetki (2) znajdują się pod kątem 0 - 180° do płaszczyzny podłoża.
20. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wytwarza się fasetki (2) utworzone przez ścianki piramid (3) o kwadratowej podstawie, ścianki sześcianów, strukturę narożnego sześcianu albo ścianki czworościanów.
21. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wytwarza się siatkę dyfrakcyjną (5) utworzoną przez szereg rowków (6) w poprzek fasetek (2), krzyżową siatkę na fasetkach (2) albo układ dołków i górek na fasetkach (2).
22. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wytwarza się siatkę dyfrakcyjną (5) o typowym okresie mniejszym niż jedna długość fali światła widzialnego.
23. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że objętość pomiędzy fasetkami (2) wypełnia się przezroczystą substancją (7).
24. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że fasetki (2) wytwarza się z polimerycznego materiału powleczonego warstwą metalu.
25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że wytwarza się warstwę metalu nieciągłą na siatce dyfrakcyjnej (5) na fasetkach (2).
26. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wytwarza się siatkę dyfrakcyjną której okres wynosi 100 nm do 500 nm.

* * *