Рельефные микроструктуры поверхности с оптическими эффектами и способ их получения

Рельефные микроструктуры поверхности с оптическими эффектами и способ их получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к оптическим устройствам, которые создают характерные цветовые впечатления и которые могут использоваться, например, для защиты документов и различных изделий от подделки и подлога.

В частности, изобретение относится к элементам, имеющим по меньшей мере один участок поверхности с создающей оптический эффект рельефной микроструктурой поверхности, и к способам изготовления таких элементов.

Уровень техники

В настоящее время использование оптических устройств для защиты от подделок и подлога, несанкционированных манипуляций и защиты продукции в целом является хорошо разработанным направлением.

Поскольку случаи подделок и мошенничества становятся все более частыми, то существует постоянная потребность в новых средствах борьбы с подделками. Долгое время предпочтительные технологии в этой области были связаны с использованием голограмм. Надо сказать, что этой технологии уже более 30 лет, и потому она хорошо известна и получила широкое распространение. Пленки с голограммами можно найти сейчас почти в каждом магазине подарков и сувениров. Сложившаяся ситуация представляет определенную опасность, поскольку многие люди имеют доступ к технологии изготовления голограмм. Доступность цифровых голографических принтеров еще более упрощает возможности использования технических средств изготовления мастер-матриц голограмм. Такие принтеры обеспечивают возможность изготовления самых разных типов голограмм, и при этом требуются лишь минимальные знания в области принтеров и в технологии голографии. На таком оборудовании можно получить мастер-матрицу, по которой можно затем изготовить металлическую рабочую матрицу для тиражирования голограмм в больших количествах на тонких пленках.

Таким образом, существует настоятельная необходимость в разработке новых технических средств защиты, принцип действия которых не был бы связан с голографическими устройствами. Примерами таких новых устройств являются устройства с изменяющимися оптическими свойствами. Такие устройства отличаются тем, что их вид изменяется при изменении угла наблюдения или освещения. Одной из разновидностей такого типа устройств являются устройства с цветовым сдвигом. Устройства с цветовым сдвигом изменяют свой цвет при изменении угла наблюдения или освещения. Наиболее известными устройствами с цветовым сдвигом являются холестерические или интерференционные пленки, в том числе оптические устройства, основанные на пластинках таких пленок. Они обнаруживают ярко выраженный сдвиг цвета при их поворотах и наклонах. Получающийся при этом эффект не имеет ничего общего с эффектом радужных переливов цветов, характерным для стандартных голографических устройств массового производства.

Использование эффектов цветового сдвига за счет интерференции света на тонких оптических пленках имеет давнюю традицию в технике современных тонкопленочных компонентов (см., напр., публикацию “Тонкопленочные оптические защитные устройства” в выпуске “Оптические средства защиты документов”, под ред. Р.Л.Ван-Ренессе, изд. “Artechouse”, Бостон, 1998 г.). Существуют самые разные композиции многослойных тонкопленочных систем. Например, при падении света под прямым углом возникает характерный спектр отраженного света. Спектры отраженного или пропускаемого света сдвигаются в область коротких волн по мере увеличения угла падения. Многослойные тонкопленочные системы, которые чаще всего являются сочетаниями слоев металлизации и диэлектрических материалов, также могут содержать только диэлектрики. В этом случае необходимо использовать тонкие пленки с разными показателями преломления.

Сегодня на рынке имеются защитные устройства, основанные на тонких интерференционных пленках или на пластинках таких пленок. Примеры таких устройств можно найти в патентах US 5084351 и US 6686042, принадлежащих компании Flex Products, Inc.

Еще одно направление представляют рассеивающие устройства. Использование эффектов рассеивания, имеющих изотропный или анизотропный характер, в устройствах со сдвигом цвета может существенно улучшить оптическую привлекательность таких устройств. Использование анизотропного рассеивания света особенно привлекательно для создания устройств, чувствительных к углу наблюдения. На фиг.1.1 и 1.2 иллюстрируется изотропное и анизотропное рассеивание света, соответственно.

Отражение на поверхности с изотропной структурой, такой как газетная бумага или многие поверхности предметов, используемых в домашнем хозяйстве, примерно одинаково по всем азимутальным направлениям. Как можно видеть на фиг.1.1, параллельный пучок 1 света, падающего на рассеивающую поверхность 2, отражается от нее по направлениям 3 с характерным симметричным распределением относительно аксиальной оси и характерным углом 4 расхождения.

Что же касается поверхностей с анизотропной структурой, то они отражают свет преимущественно по некоторым направлениям и подавляют его в других направлениях. На фиг.1.2 параллельный пучок 1 света, падающего на анизотропно рассеивающую поверхность 5, отражается от нее по направлениям 6 с характерным распределением 7 света, которое зависит от соответствующего азимутального угла 8, 8'.

Для воспроизведения информации может быть осуществлена определенная схема расположения отдельных элементов поверхности с анизотропным рассеиванием и с различными направлениями анизотропного рассеивания. Таким образом, соответствующие устройства могут содержать поверхность с определенной схемой анизотропного рассеивания, которая может воспроизводить образ, например текст, изображение или другие виды образов. Поскольку свет отражается или подавляется в определенном направлении в зависимости от ориентации конкретных элементов поверхности (пикселей), то будет видно изображение светлых и темных элементов. Кроме того, такие устройства обнаруживают четко выраженный переход от позитивного изображения к негативному при повороте или наклоне устройства. Такие устройства с определенной схемой расположения элементов поверхности могут быть изготовлены, например, следующим образом. Сначала получают растр нужного полутонового изображения, т.е. изображение разбивается на темные и светлые зоны с определенным разрешением. Затем темные зоны (пиксели) назначаются зонам с анизотропным рассеиванием по первому направлению, а светлые зоны назначаются зонам с анизотропным рассеиванием по другому направлению, например по направлению, перпендикулярному первому направлению. На фиг.2 приведен вид квадрата, содержащего 2×2 пикселя с определенными ориентациями. Пиксели 10 и 10' ориентированы в одном направлении, и пиксели 11 и 11' ориентированы в поперечном направлении. Устройство с таким расположением пикселей будет видно как позитивное изображение под первым углом наблюдения и будет видно как негативное изображение при повороте устройства на 90°.

Известный способ изготовления анизотропных рассеивающих пленок с определенным расположением участков с различной анизотропией описан в международной публикации WO 01/29148 компании Rolic AG, а также, например, в публикации “Оптические тонкие полимерные пленки с изотропными и анизотропными гофрированными нанорельефами поверхности”, Ибн-Эльхадж и др., “Nature”, 2001, том 410, стр.796-799. Для изготовления поверхностных структур использовалась так называемая технология рифления мономеров. Она основывается на фазовом разделении специальных смесей, нанесенных на подложку, которое индуцируется сшиванием, например, при облучении УФ-излучением. Последующее удаление несшитых компонентов приводит к формированию структуры с определенным рельефом поверхности. Может быть получен анизотропный рельеф путем ориентирования нижележащего ориентирующего слоя, а за счет использования ориентирующего слоя с упорядоченной структурой можно создать структурированный рельеф поверхности с анизотропным рассеиванием.

Как указывалось выше, интересной и желательной особенностью для многих приложений, в частности для применения в защитных устройствах, являются специальные цвета и эффекты сдвига цветов. В международной публикации WO 2006/007742 в единственном примере (Пример 5), в котором используется технология рифления мономеров, показано, что в принципе можно достичь таких глубин модуляции, которые достаточны для получения пастельных цветов видимой поверхности. Однако хотя средняя глубина модуляции поверхности и средняя величина его периодичности при рифлении мономеров могут регулироваться с использованием нескольких средств, нельзя обеспечить независимость двух параметров. Поэтому, и в связи с характерной формой углублений поверхности, получаемой при технологии рифления мономеров, насыщенность цветов, создаваемых получаемыми при этом рассеивающими поверхностями, ограничена. Более насыщенные цвета не могут быть получены с использованием соответствующих устройств, и это существенно для многих приложений.

В этой связи можно сослаться на публикацию US 2003/0072412 A1. В этом документе описывается оптическая структура поверхности, содержащая подложку с многослойной структурой, содержащей канавки, проходящие между выступающими площадками. Необходимо отметить, что структура, раскрытая в US 2003/0072412 A1, в принципе является периодической, поскольку специально указывается, что внутри каждого повторяющегося участка площадки располагаются случайным образом, однако при этом внутри повторяющихся участков используются одни и те же случайные комбинации. Таким образом, создается случайное распределение внутри одного повторяющегося участка, которое однако тождественным образом повторяется на каждом последующем участке. Таким образом, структура является периодической. Аналогичные структуры описываются в документе DE 102004003984 A1, а также в публикации US 2005/0094277 A1.

Аналогичные периодические структуры поверхности описаны в публикации US 2005/0219353 A1 в связи с просветляющими покрытиями. Хотя в тексте указывается случайное размещение выступающих оптических элементов, однако отсутствует какой-либо пример такого непериодического размещения. С другой стороны, описанные способы получения просветляющих структурированных покрытий совершенно очевидно не позволяют получить структуры с выступающими оптическими элементами, как показано в примерах, т.е. с постоянной глубиной модуляции.

В публикации US 2003/0011870 A1 раскрывается подложка со светоотражающей пленкой, в которой высоты выпуклых частей или глубины вогнутых частей, сформированных в основном материале, в основном одинаковы. Указывается, что двумерные формы выпуклых или вогнутых частей представляют собой не связанные друг с другом круги и/или многоугольники. Кроме того, выпуклые или вогнутые части размещаются в определенном направлении в плоскости в случайном порядке. Подложка формируется с использованием маски (шаблона), в которой прозрачные и непрозрачные части сформированы в группах точек, количество которых меньше количества зон точек. Точки размещаются неупорядоченно в каждой из групп, и используется множество таких групп.

В документе JP 2005-215642 описывается фотошаблон для изготовления рассеивающего отражателя с высокой интенсивностью рассеиваемого света и способ изготовления рассеивающего отражателя с использованием такого фотошаблона. В фотошаблоне имеется структурированная зона, причем отдельная структурированная зона размещена в матрице. Структурированная зона имеет прямоугольную светопропускающую часть в числах, размещенных в матрице, небольшую кольцевую светопропускающую часть в большом номере, размещенном регулярным или случайным образом, чтобы окружать каждую светопропускающую часть, и окружающую их экранирующую часть. Далее, светопропускающая часть окружена полосой, в которой отсутствует небольшая светопропускающая часть, причем ширина полосы находится в диапазоне 1-5 мм.

Раскрытие изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания структур поверхности, которые сами по себе, без необходимости использования дополнительных элементов или слоев, обеспечивают (а) эффекты рассеивания, которые пригодны для показа изображений, а также быстрых переходов из позитивного в негативное изображение без радужных переливов цветов, и (б) четко различимые и насыщенные цвета.

Другой задачей настоящего изобретения является разработка способов получения таких структур поверхности.

Таким образом, одним объектом изобретения является элемент, имеющий по меньшей мере один участок поверхности с создающей оптический эффект рельефной микроструктурой поверхности, которая (микроструктура) имеет модуляцию поверхности, состоящую из переходов от возвышений к углублениям и от углублений к возвышениям, причем в одном (первом) поперечном направлении участка поверхности на каждые 20 мкм имеется (в среднем) по меньшей мере один переход от возвышения к углублению или наоборот и предпочтительно дополнительно во втором поперечном направлении участка поверхности, перпендикулярном первому направлению, на каждые 200 мкм имеется в среднем по меньшей мере один переход от возвышения к углублению или наоборот, отличающийся тем, что в (первом) направлении поперечное расположение переходов является непериодическим, и возвышения находятся в основном на одном уровне верхних плато рельефа, и все углубления находятся в основном на одном уровне нижних плато рельефа, так что глубина модуляции одинакова и та же по всему участку поверхности.

Для более полного понимания вышеприведенных формулировок и последующего рассмотрения необходимо дать некоторые определения.

Как это хорошо известно специалистам, периодической функцией является функция, значения которой повторяются через определенный период, прибавляемый к ее независимой переменной. В отличие от периодической функции для непериодической функции не может быть задан определенный период, после которого значения функции повторяются. Периодичность может быть определена с помощью различных способов, одним из которых являются корреляционные функции в одном или нескольких измерениях.

Также специалисту хорошо известно, что плато функции является частью ее области определения, в которой функция имеет постоянное значение. Поэтому в контексте настоящего изобретения верхнее плато рельефа и нижнее плато рельефа - это зоны, в которых функция, определяющая поверхность, имеет по существу постоянное значение в направлении, перпендикулярном плоскости подложки (вдоль направления Z). Необходимо отметить, что такие зоны и необязательно плавные или квазиплавные переходы, например переходы, имеющие синусоидальную форму, между возвышениями и углублениями структуры поверхности представляют собой отличительный признак.

Разница высот между уровнями этих двух плато сохраняется постоянной или по существу постоянной по всему участку поверхности, а именно изменения разницы высот между двумя плато по всей поверхности в направлении Z обычно меньше 20%, предпочтительно меньше 10% и более предпочтительно меньше 5%. Наличие таких плато и то обстоятельство, что разница высот между уровнями таких двух плато равна или по существу равна по всей площади, также могут быть выражены количественно с использованием функции качества, рассмотренной ниже.

Ось анизотропии - это направление, вдоль которого рельеф поверхности меняется меньше всего, и, как правило, это направление канавок или желобчатых структур рельефа поверхности.

Коэффициент заполнения рельефа определяется как отношение суммарной площади возвышений к общей площади всех возвышений и углублений.

Можно полагать, что признак (а) является одной из основных причин отсутствия радужного перелива цветов, в то время как признак (б) является основным фактором, определяющим высокую насыщенность цвета.

Для дополнительной характеристики предлагаемого в настоящем изобретении элемента вводится усредненная одномерная автокорреляционная функция АС(х) рельефной микроструктуры поверхности по меньшей мере в одном направлении, которое для анизотропного рельефа поверхности перпендикулярно оси анизотропии. Для автокорреляционной функции вводится длина автокорреляции, а именно такая величина сдвига переменной х, для которой огибающая автокорреляционной функции затухает до 10% значения АС при х=0. В контексте настоящего изобретения термин “является непериодической” обычно используется для условия, когда длина автокорреляции меньше трехкратного среднего поперечного расстояния между соседними переходами между возвышениями и углублениями.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения поперечное расположение переходов также является непериодическим во втором направлении, перпендикулярном первому направлению.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения элемент имеет упорядоченное множество участков с создающими оптический эффект рельефными микроструктурами поверхности. Структура расположения участков может представлять образ, такой как текст или изображение, или может быть частью образа, такого как текст или изображение. Образ может также содержать зоны без создающих оптические эффекты рельефных микроструктур поверхности. Соответственно, такие зоны не будут видны в насыщенных цветах, характерных для участков с рельефными микроструктурами поверхности.

Другим объектом изобретения являются защитные устройства, содержащие такие элементы.

Еще одним объектом изобретения является способ изготовления элемента, имеющего по меньшей мере один участок поверхности с создающей оптический эффект рельефной микроструктурой поверхности. В соответствии с таким способом сначала получают шаблон, на котором имеется микроструктура первых и вторых зон с различной прозрачностью, причем в одном (первом) поперечном направлении шаблона на каждые 20 мкм имеется (в среднем) по меньшей мере один переход от первой зоны ко второй зоне или наоборот и предпочтительно дополнительно во втором поперечном направлении шаблона, которое перпендикулярно первому направлению, на каждые 200 мкм имеется в среднем по меньшей мере один переход от первой зоны ко второй зоне или наоборот, и в одном (первом) направлении поперечное расположение переходов является непериодическим. Затем, используя полученный шаблон, получают рельефную микроструктуру на поверхности смолы или фоторезиста с возвышениями, соответствующими первым зонам шаблона, и углублениями, соответствующими вторым зонам шаблона. Таким образом, все возвышения будут находиться в основном на уровне верхних плато рельефа, и все углубления будут находиться в основном на уровне нижних плато рельефа, так что глубина модуляции будет в основном одинаковой по всей площади поверхности.

Итак, суть способа заключается в том, что используется микроструктура первых и вторых зон с различной прозрачностью, причем в одном (первом) поперечном направлении шаблона на каждые 20 мкм имеется (в среднем) по меньшей мере один переход от первой зоны ко второй зоне или наоборот и предпочтительно также во втором поперечном направлении шаблона, которое перпендикулярно первому направлению, на каждые 200 мкм имеется в среднем по меньшей мере один переход от первой зоны ко второй зоне или наоборот, и в первом направлении поперечное расположение переходов является непериодическим, как это, например, может быть легко получено средствами вышеупомянутой технологии рифления мономеров. Недостатки и ограничения такой технологии рифления мономеров преодолеваются в принципе за счет использования в такой микроструктуре двухмерной анизотропной топологической схемы и применения такой двухмерной топологической схемы в качестве “шаблона” для получения гораздо более четкого и различимого профиля в третьем направлении, т.е. в направлении, перпендикулярном плоскости микроструктуры. Такой четкий и различимый профиль означает, что возвышения получаемой в конечном счете структуры по существу находятся на уровне верхних плато рельефа, и углубления по существу находятся на уровне нижних плато рельефа.

В предельном случае это означает, что двухмерная анизотропная топологическая схема, которая в принципе представляет собой прорезь в такой микроструктуре, как это может быть, например, получено с использованием технологии рифления мономеров, проектируется в третьем измерении, так чтобы возникло верхнее плато с точно такой же двухмерной топологией и нижнее плато, представляющее собой негативное изображение этой двухмерной топологии, с вертикальными переходами между ними. Другие случаи, которые находятся в пределах объема настоящего изобретения, могут характеризоваться, например, определенным бимодальным распределением по третьему измерению, характеризуемым функцией М качества, рассмотренной ниже.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа микроструктуру, содержащую первые и вторые зоны шаблона с различной прозрачностью, получают следующим образом. Сначала на слой материала шаблона наносят пленку с топологически структурированной рифленой поверхностью. Затем толщину пленки уменьшают, пока не будет удален материал пленки в нижних зонах рифленой поверхности и не появятся части нижележащего материала шаблона. После этого удаляют появившиеся части шаблона.

Изобретение также относится к предпочтительным применениям вышеописанных элементов. Предпочтительно такие элементы используются в качестве защитных элементов в защитных устройствах. Защитные устройства могут быть нанесены на защищаемые документы или введены в их состав.

Защищаемыми документами могут быть, например, банкноты, паспорта, водительские удостоверения, акции, облигации, купоны, чеки, кредитные карточки, свидетельства, билеты и т.п. Защитные устройства также могут наноситься на или внедряться в клейма или устройства защиты продукции, или в средства упаковки, такие как оберточная бумага, упаковочные коробки, конверты и т.п. Предпочтительно защитное устройство может иметь, например, форму ярлыка, защитной полосы, этикетки, волокна, нити, слоистой структуры или накладки.

Важным аспектом настоящего изобретения является то обстоятельство, что создающие оптические эффекты рельефные микроструктуры поверхности могут быть воспроизведены с помощью соответствующих технических средств тиражирования, поскольку соответствующий оптический эффект определяется переходами между возвышениями и углублениями рельефных микроструктур поверхности. Поэтому можно использовать стандартные технические средства тиражирования для массового производства таких устройств, причем после изготовления мастер-матрицы стоимость тиражирования будет вполне адекватной. Сегодня существуют две самых распространенные и экономичные технологии тиражирования - это тиснение с использованием УФ-излучения и горячее тиснение (см., например, публикацию М.Т.Гейла: “Технологии тиражирования дифракционных оптических элементов”, “Microelectronic Engineering”, том 34, стр.321, 1997).

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения создающую оптический эффект рельефную микроструктуру поверхности получают из одного материала, однако для получения насыщенного цвета отраженного света, рельефной микроструктуры поверхности в соответствии с изобретением обычно покрывают отражающим материалом, таким как, например, алюминий, золото, хром, медь.

В частности, для применения в защитных устройствах рельефные микроструктуры поверхности должны герметизироваться для защиты устройств от механических воздействий, загрязнений, а также для предотвращения возможности несанкционированного и незаконного изготовления точных копий таких устройств. В качестве подходящих защитных и пассивирующих пленок используются пленки из прозрачных диэлектрических материалов или материалов с определенными свойствами поглощения, которые могут дополнительно улучшить вид устройства в цвете.

Предлагаемые в изобретении элементы также могут содержать изображения высокого разрешения, графические элементы, микротекст и другие аналогичные признаки. Цвет изображения обычно зависит от угла наблюдения, и изображение может становиться бесцветным при больших углах наблюдения. Можно изменять характеристики рассеивания пикселей изображения, так чтобы рассеивание происходило преимущественно в определенных направлениях. Если пиксели с такими характеристиками изготовлены и размещены соответствующим образом, то имеет место четко выраженный быстрый переход позитив/негатив при наклонах или поворотах устройствах.

Кроме того, может быть получен широкий диапазон цветов, например при увеличении глубины модуляции могут быть получены следующие цвета: желтый, оранжевый, розовый, фиолетовый, голубой и зеленый. Для структур с большей глубиной могут появиться цвета более высоких порядков.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описывается со ссылками на прилагаемые чертежи. Необходимо отметить, что различные конструктивные признаки необязательно изображены в масштабе. На чертежах показано:

на фиг.1.1 - иллюстрация отражения света на поверхности с изотропной структурой;

на фиг.1.2 - иллюстрация, аналогичная фиг.1.2, однако на ней изображается распределение отраженного света после отражения на поверхности с анизотропной структурой;

на фиг.2 - схематический вид пикселей с различными направлениями анизотропии;

на фиг.3 - вид в перспективе рельефных микроструктур поверхности в соответствии с изобретением (фотография, сделанная с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ));

на фиг.4.1, 4.2 и 4.3 - схематические виды возможных вариантов анизотропных рельефных микроструктур поверхности;

на фиг.5.1 - АСМ-изображение известной голографической микроструктуры поверхности;

на фиг.5.2 - вид двухмерной автокорреляционной функции АСМ-изображения фиг.5.1;

на фиг.5.3 - вид усредненной одномерной автокорреляционной функции АСМ-изображения фиг.5.1 (по горизонтали перпендикулярно оси анизотропии);

на фиг.6.1 - АСМ-изображение анизотропной рельефной микроструктуры поверхности в соответствии с изобретением;

на фиг.6.2 - вид двухмерной автокорреляционной функции АСМ-изображения фиг.6.1;

на фиг.6.3 - вид усредненной одномерной автокорреляционной функции АСМ-изображения фиг.6.1 (по горизонтали перпендикулярно оси анизотропии);

на фиг.7 - АСМ-изображение микроструктуры, показанной на фиг.3;

на фиг.7.2 - гистограмма высот рельефа микроструктуры, показанной на фиг.3 и фиг.7.1;

на фиг.8.1-8.2 - иллюстрации получения шаблона, который подходит для предлагаемого в изобретении способа изготовления элементов с рельефными микроструктурами поверхности;

на фиг.9.1-9.3 - иллюстрации использования фотошаблона, показанного на фиг.8.5, в процессе контактной фотолитографии для изготовления предлагаемого в изобретении элемента, на котором имеется участок поверхности с создающими оптический эффект рельефными микроструктурами поверхности;

на фиг.10.1-10.4 - иллюстрации другого процесса фотолитографии для изготовления предлагаемого в изобретении элемента;

на фиг.11.1 и 11.2 - иллюстрации еще одного процесса изготовления предлагаемого в изобретении элемента с использованием травления непосредственно через металлический шаблон;

на фиг.12.1-12.4 - схема способа изготовления элемента с двумя участками поверхности, содержащими различные рельефные микроструктуры поверхности;

на фиг.13.1 и 13.2 - иллюстрации примеров рельефных микроструктур поверхности в соответствии с изобретением, которые являются отражающими или частично отражающими;

на фиг.14.1 и 14.2 - виды спектров зеркального и незеркального отражения предлагаемого в изобретении отражающего элемента с микроструктурами в диапазоне зеленого цвета;

на фиг.15.1 и 15.2 - виды спектров зеркального и незеркального отражения предлагаемого в изобретении отражающего элемента с микроструктурами в диапазоне оранжевого цвета.

Варианты осуществления изобретения

Пример предлагаемой в изобретении рельефной микроструктуры 12 поверхности показан на фиг.3, на котором можно видеть вид в перспективе изображения размерами 12×12 мкм, полученного на атомно-силовом микроскопе (АСМ). Микроструктура была изготовлена в соответствии со способом, описание которого будет приведено ниже.

Модуляция поверхности создает переходы от возвышений 13 к углублениям 14. Ширина возвышений 13 и углублений 14, а значит и плато, как правило, находится в диапазоне примерно от 200 нм до 20 мкм. Можно сделать так, и для многих приложений это является обязательным требованием, чтобы рельефная микроструктура поверхности была анизотропной. Такая анизотропная микроструктура показана, например, на фиг.3. Микроструктура характеризуется углублениями, имеющими форму канавок, которые проходят примерно вдоль оси Y, так что ось анизотропии рельефа параллельна оси Y. Для анизотропных рельефов поперечные размеры возвышений и углублений рельефных микроструктур поверхности в соответствии с изобретением могут быть определены исходя из того, что между углублением и возвышением или наоборот имеется в среднем по меньшей мере один переход на каждые 20 мкм в первом поперечном направлении, а во втором поперечном направлении участка поверхности, которое перпендикулярно первому направлению, между возвышением и углублением или наоборот имеется в среднем по меньшей мере один переход на каждые 200 мкм.

На фиг.3 первое направление соответствует направлению, перпендикулярному канавкам, а второе направление соответствует направлению вдоль канавок. Таким образом, в указанном втором направлении переходы между канавками могут находиться на гораздо больших расстояниях, или даже такие переходы вообще могут отсутствовать на протяжении всей микроструктуры.

Рельефная микроструктура поверхности может формировать отражающую поверхность. Отражающая поверхность может быть выполнена, например, из тонкой пленки металла, такого как, например, алюминий или хром, покрывающей микроструктуру. В альтернативном варианте отражение может быть получено на переходе к материалу с другим показателем преломления. Поверхность микроструктуры может находиться в контакте с воздухом или же может быть покрыта диэлектрическим материалом. Покрытие может также быть поглощающим для определенных цветов для улучшения вида устройства в цвете.

В предпочтительных вариантах рельефных микроструктур поверхности в соответствии с изобретением среднее поперечное расстояние между соседними переходами от возвышения к углублению или наоборот в первом поперечном направлении участка поверхности находится в диапазоне от 0,5 до 10 мкм. Предпочтительно среднее поперечное расстояние находится в диапазоне от 0,5 до 5 мкм. Во втором поперечном направлении, перпендикулярном первому поперечному направлению, среднее расстояние между переходами от возвышения к углублению предпочтительно не превышает 100 мкм и более предпочтительно не превышает 50 мкм.

Глубина оптической модуляции предпочтительно находится в диапазоне от 100 до 1000 нм и более предпочтительно в диапазоне от 100 до 500 нм. В контексте настоящего изобретения глубина оптической модуляции поверхности равна произведению механической глубины модуляции рельефа на показатель преломления материала, заполняющего модуляцию поверхности.

Рельефные микроструктуры поверхности в соответствии с изобретением характеризуются очень специфическими модуляциями поверхности.

Во-первых, расположение в поперечном направлении переходов от возвышений к углублениям и от углублений к возвышениям носит непериодический характер. В этом заключается особенное отличие предлагаемых микроструктур, например, от оптических решеток и голографических структур поверхности.

Во-вторых, все возвышения находятся в основном на одном уровне верхних плато рельефа, и все углубления находятся в основном на одном уровне нижних плато рельефа, так что глубина модуляции рельефа практически одна и та же по всей площади поверхности. Уровни верхних и нижних плато рельефа показаны на передней части фиг.3 пунктирными линиями 15 и 16. В приведенном примере глубина модуляции рельефа (или расстояние между верхними и нижними плато) равна примерно 290 нм. Эта вторая характеристика, которую можно назвать “двоичным” рельефом, в особенности отличает предложенные в изобретении микроструктуры от микроструктур, основанных на технологии рифления мономеров, упомянутой в начале описания.

Специалистам хорошо известно, что существуют самые разнообразные природные и искусственные поверхности с различными характеристиками изотропного и анизотропного рассеивания. Известными примерами изотропно рассеивающих поверхностей являются матовые стекла, используемые, например, в системах освещения. Такие рассеивающие стекла пропускают или отражают свет равномерно по всем азимутальным направлениям рассеивания.

Оптические устройства, действие которых основывается на анизотропных структурах рельефа поверхности, рассеивают или отклоняют свет преимущественно по некоторым определенным азимутальным направлениям. Одномерные рассеивающие линзы принадлежат к этому классу оптических устройств. Рельеф z(x, y) их поверхности зависит только от одной поперечной координаты, например координаты X. Таким образом, ось анизотропии рельефа поверхности параллельна другой поперечной координате, например координате Y. Свет, распространяющийся в плоскости Z-X, будет рассеиваться в этой плоскости. Другие примеры оптических устройств с анизотропным рассеиванием описаны в уже упоминавшихся документах WO 01/29148 и WO 2006/007742. На поверхности таких устройств с анизотропным рассеиванием имеются канавки или другие элементы рельефа, которые имеют анизотропный характер и рассеивают свет преимущественно перпендикулярно длинным тонким канавкам или оси других элементов рельефа.

Большая часть изотропных и анизотропных рассеивателей предназначена для использования в системах освещения с целью обеспечения высокой степени ахроматизма. Они отличаются от предлагаемых в настоящем изобретении создающих оптические эффекты устройств, которые видны в цвете и основаны на рассеивании и интерференции на двух уровнях рассеивания рельефа.

Анизотропия рельефа поверхности позволяет повысить яркость устройства и создавать яркие визуальные эффекты, такие как, например, резкие переходы негатив/позитив или движущиеся графические элементы, зависящие от угла наблюдения или освещения.

Примеры возможных схем анизотропных рельефов поверхности, которые являются схематическими иллюстрациями микроструктур рельефов в соответствии с изобретением, приведены на фиг.4.1, 4.2 и 4.3. На каждой из указанных фигур показаны по два анизотропных пикселя рельефа поверхности 20/20', 21/21' и 22/22', соответственно, оси анизотропии которых повернуты на 90° относительно друг друга. Ось анизотропии направлена по вертикали для левого пикселя и горизонтально для правого пикселя. Элементы анизотропного рельефа, показанного на фиг.4.1, представляют собой вытянутые прямоугольные канавки 23. Элементы анизотропного рельефа, показанного на фиг.4.2, представляют собой прямоугольные возвышения 24 со скругленными углами. Элементы анизотропного рельефа, показанного на фиг.4.3, представляют собой вытянутые линейные канавки 25. Визуально воспринимаемый свет рассеивается или отклоняется преимущественно на тонких канавках или возвышениях. Другие схемы анизотропных рельефов поверхности в соответствии с изобретением можно найти в нижеприведенных примерах.

Для дальнейшего описания структур такого типа в настоящем описании вводится величина “характеристическое отношение рельефа поверхности” (ХОРП), которая определяется как среднее отношение длины к ширине элементов анизотропного рельефа поверхности. ХОРП в значительной степени определяет характер рассеивания света по различным азимутальным направлениям на микроструктуре рельефа поверхности. Для ХОРП=1, что соответствует элементам рельефа поверхности, средние размеры которых одинаковы по