Рельефные микроструктуры поверхности, соответствующие устройства и способ их изготовления

Рельефные микроструктуры поверхности, соответствующие устройства и способ их изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу получения копий рельефных микроструктур поверхности, образующих узор (рисунок). Изобретение относится также к элементам, изготавливаемым как копии в соответствии предложенным в нем способом. Элементы по настоящему изобретению особенно подходят для защиты документов и различных предметов или изделий от подделок и подлога.

Уровень техники

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

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 переменными (изменяющимися) оптическими свойствами. Такие устройства отличаются тем, что их вид, например, яркость, контрастность или цвет, изменяется при изменении угла наблюдения или освещения. Наиболее известными устройствами с цветовым сдвигом являются холестерические или интерференционные пленки, а также оптические устройства, основанные на пластинках таких пленок. Они обнаруживают ярко выраженный сдвиг цвета при их поворотах и наклонах.

Использование эффектов цветового сдвига за счет интерференции света на тонких оптических пленках имеет давнюю традицию в технике современных тонкопленочных компонентов (см., например, публикацию "Тонкопленочные оптические защитные устройства" в выпуске "Оптические средства защиты документов", под ред. Р.Л.Ван-Ренессе, изд-во "Artechouse", Бостон, 1998 г.). Возможны самые разные композиции многослойных тонкопленочных систем. Спектры отраженного или пропускаемого света сдвигаются в область коротких волн по мере увеличения угла падения. Многослойные тонкопленочные системы, которые чаще всего являются сочетаниями слоев металла 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 публикации US 5084351.

Еще одно направление представляют рассеивающие устройства. Использование эффектов рассеивания, имеющих изотропный или анизотропный характер, в устройствах с переменными оптическими свойствами 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, изменяет направление от нее по направлениям 3 с характерным осесимметричным распределением и характерным углом 4 расхождения.

Что же касается анизотропно структурированных поверхностей, то они отражают свет преимущественно в одних направлениях и подавляют его в других направлениях. На фиг.1.2 параллельный пучок 1 света, падающего на анизотропно рассеивающую поверхность 5, изменяет направление, распространяясь от нее в новых направлениях 6 при характерном распределении 7 света, которое зависит от соответствующего азимутального угла 8, 8'.

В контексте настоящего изобретения термин "направление анизотропии" означает локальную ось симметрии в плоскости слоя, например направление вдоль канавок или углублений микроструктуры.

Если поверхность содержит узор или рисунок из анизотропных структур с локально изменяющимся направлением анизотропии как, например, направления 10, 11 на фиг.2, то отдельные участки узора отражают падающий свет в различных направлениях. Тогда узор можно распознать при его наблюдении под углом или с использованием наклонно падающего света.

Известный способ изготовления анизотропных рассеивающих пленок с образующей узор анизотропией описан в международной публикации WO/2001/29148, содержание которой включено в описание путем ссылки. В этом способе используется так называемая технология мономерного рифления (МС - monomer corrugation). Она основывается на фазовом разделении специальных смесей, нанесенных на подложку, которое индуцируется сшиванием, например, при облучении УФ-излучением. Последующее удаление несшитых компонентов приводит к тому, что остается структура со специфической топологией поверхности. Термин "мономерно-рифленый слой" используется в отношении слоев, полученных по этой технологии. Топологии может быть придана анизотропность путем ориентирования нижележащего ориентирующего слоя. За счет использования ориентирующего слоя, образующего узор, можно сформировать узор, образованный топологией поверхности с анизотропным рассеиванием.

В публикации WO 2006/007742 описаны способы получения модифицированных мономерно-рифленых слоев и многослойных структур, которые при определенных углах наблюдения дают пастельные цвета.

В документе WO 07/131375 описаны способы создания рельефных микроструктур поверхности с оптическими эффектами путем изготовления маски (шаблона), содержащей изображение микроструктуры, и последующего копирования изображения на смолу или резист для создания рельефной микроструктуры поверхности с оптическими эффектами. Содержание WO 07/131375 включено в описание путем ссылки. Недостаток способов, описанных в WO 07/131375, заключается в большом числе стадий производственного процесса, что не только увеличивает время изготовления, но и снижает объем выпуска продукции.

Раскрытие изобретения

Одной задачей настоящего изобретения является разработка способов упрощенного получения копий рельефных микроструктур поверхности.

Другой задачей настоящего изобретения является создание матрицы для тиражирования рельефных микроструктур поверхности.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание элементов с рельефными микроструктурами поверхности, которые получают тиражированием с использованием матрицы в соответствии с изобретением.

Предпочтительно, чтобы скопированные рельефные микроструктуры поверхности обладали оптическими эффектами, т.е. чтобы падающий на них свет модулировался характерным образом в зависимости от этих микроструктур. Более предпочтительно, чтобы взаимодействие микроструктур со светом происходило таким образом, чтобы свет дифрагировал (отклонялся), преломлялся или рассеивался.

В изобретении предлагается способ тиражирования образующей узор рельефной микроструктуры поверхности, включающий следующие стадии:

- формирование первого слоя, имеющего образующую узор рельефную микроструктуру поверхности, на втором слое, причем первый слой содержит первый материал, а второй слой содержит второй материал;

- создание матрицы, включающее копирование микроструктуры первого слоя во второй слой на одной стадии травления, причем первый материал первого слоя и второй материал второго слоя, а также условия травления выбирают таким образом, чтобы скорость травления второго слоя была выше скорости травления первого слоя;

- отличающийся тем, что проводят дополнительную стадию, на которой микроструктуру матрицы вводят в контакт с материалом копии так, чтобы микроструктура матрицы воспроизвелась в материале копии с профилем рельефа поверхности, обратным по сравнению с профилем рельефа поверхности матрицы.

Копия с матрицы имеет инверсный или обратный профиль рельефа по сравнению с профилем рельефа поверхности матрицы. Копия с матрицы может использоваться в качестве матрицы (дочерней матрицы) для изготовления других копий. В контексте настоящего изобретения копия копии называется копией более высокого порядка. В контексте настоящего изобретения матрица - это устройство, содержащее рельефную микроструктуру поверхности, которая может использоваться для изготовления копий в процессе тиражирования, причем понятие матрицы включает в себя прямую копию, сформированную во втором слое, и любую ее копию или копию более высокого порядка.

В соответствии с предпочтительным вариантом предлагаемого в изобретении способа копию используют в качестве дочерней матрицы для тиражирования образующей узор рельефной микроструктуры поверхности путем введения дочерней матрицы в контакт с материалом копии так, чтобы микроструктура дочерней матрицы воспроизвелась в материале копии с профилем рельефа поверхности, обратным по сравнению с профилем рельефа поверхности дочерней матрицы.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом предлагаемого в изобретении способа в качестве дочерней матрицы используют копию более высокого порядка.

В контексте настоящего изобретения обратный профиль рельефа поверхности по сравнению с исходным (эталонным) профилем рельефа поверхности означает, что его профиль рельефа по глубине является дополнением исходного профиля рельефа по глубине. Это означает, например, что углубления (впадины) обратного рельефа поверхности соответствуют возвышениям исходного рельефа поверхности, а возвышения обратного рельефа поверхности соответствуют углублениям исходного рельефа поверхности.

Метод копирования рельефной микроструктуры поверхности с первого слоя на второй слой включает одну или несколько стадий сухого или мокрого травления.

На одной из стадий травления толщину первого слоя уменьшают до тех пор, пока не будет удален материал в нижних зонах (углублениях, впадинах) рельефной микроструктуры поверхности и не откроются части нижележащего второго слоя. На следующей стадии травления второй слой вытравливают в тех частях, которые открываются в результате предыдущей стадии травления. Если материалы и условия осуществления способа выбраны надлежащим образом, то травление первого и второго слоев может быть выполнено в рамках одной стадии травления.

Предпочтительно, чтобы первый и второй материалы не были одинаковыми.

Материал копии может быть нанесен на скопированную микроструктуру (матрицу) одним из следующих методов: нанесение покрытия, печать, погружение, напыление, напыление в вакууме, литье, осаждение методом химического восстановления или электролитическое осаждение. Вместо нанесения материала копии на скопированную микроструктуру последнюю можно использовать в качестве штампа для выдавливания (тиснения) рельефной микроструктуры поверхности в материале копии.

Матрица в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность использования известных способов тиражирования для массового изготовления оптических элементов с рельефной микроструктурой поверхности при адекватных затратах. Сегодня двумя распространенными и экономически эффективными технологиями тиражирования являются 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 процессе тиражирования в поверхности копии формируется рельеф, обратный рельефу матрицы. После завершения процесса тиражирования отделяют от матрицы. Копия может использоваться в качестве оптического элемента по настоящему изобретению или же она сама может использоваться в качестве матрицы (дочерней матрицы) для изготовления копий. Если дочерняя матрица имеет профиль рельефа поверхности, обратный профилю рельефа поверхности первоначальной матрицы (мастер-матрицы), то копия с дочерней матрицы будет иметь тот же профиль рельефа поверхности, что и мастер-матрица.

В изобретении также предлагаются оптические элементы, содержащие образующие узор рельефные микроструктуры поверхности, изготавливаемые как копии предлагаемыми в изобретении способами.

В отличие от способа, раскрытого в публикации WO 07/131375, предлагаемый в изобретении способ исключает стадию изготовления шаблона (маски) для создания матрицы. Соответственно, количество стадий способа уменьшается, а объем выпускаемой продукции увеличивается.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения копию получают электролитическим осаждением.

В настоящем изобретении также предлагается матрица для тиражирования рельефной микроструктуры поверхности, полученной предлагаемыми в изобретении способами.

В контексте настоящего изобретения термины "копия микроструктуры" и "копия" при их употреблении применительно к вышеописанному способу относятся прежде всего к двумерной, поперечной структуре, и не обязательно означает, что исходная и скопированная микроструктуры идеально совпадают. Это означает, например, что расстояния в поперечном направлении между соответствующими выступами (возвышениями) и углублениями (желобками) для исходной и скопированной микроструктуры почти совпадают. В общем же случае глубина скопированной микроструктуры не будет совпадать с глубиной исходной микроструктуры. Это даже является достоинством настоящего изобретения, что глубина получаемой копии микроструктуры может контролироваться и регулироваться путем изменения различных параметров способа. Предпочтительно, чтобы глубина скопированной микроструктуры превышала глубину исходной микроструктуры. Поэтому в предпочтительных вариантах процесс копирования увеличивает профиль микроструктуры по глубине.

В контексте настоящего изобретения термин "образующая узор рельефная микроструктура поверхности" означает, что на поверхности имеется некий узор или рисунок по меньшей мере с двумя участками, различающимися своей микроструктурой. Узор также может состоять из участков, имеющих микроструктуры и не имеющих микроструктур. Например, простой узор может содержать один участок без микроструктуры и другой участок с микроструктурой. В общем случае различие между участками узора может заключаться в любом физическом различии микроструктур, которое приводит к различному взаимодействию микроструктур со светом. Например, могут различаться глубины микроструктур, плотность микроструктур в поперечном направлении, периодичность микроструктур, анизотропия микроструктур, направление оси анизотропии. Также возможно любое сочетание вышеуказанных характеристик участков узора. Например, может быть один участок с изотропной микроструктурой, другой участок с анизотропной микроструктурой, имеющей первую ось анизотропии, еще один участок с анизотропной микроструктурой, имеющей вторую ось анизотропии, и еще один участок без микроструктуры. Микроструктура может быть изотропной или анизотропной. В предпочтительном варианте осуществления изобретения узор имеет по меньшей мере один участок, который содержит анизотропную микроструктуру.

Узор или рисунок, может представлять любой вид информации такой как, например, изображения, буквы, цифры, штрих-коды, картинки, микротекст, графические компоненты, отпечатки пальцев, зашифрованные данные, голографические данные, цифровые данные и любую их комбинацию.

Микроструктура может быть периодической или непериодической. В предпочтительном варианте осуществления изобретения узор содержит по меньшей мере один участок, на котором микроструктура является непериодической.

Полезным параметром для характеристики непериодических или недетерминированных профилей поверхности является автокорреляционная функция и соответствующая длина автокорреляции. Одномерная или двухмерная автокорреляционная функция профиля поверхности может пониматься как мера предсказуемости профиля поверхности для двух точек, пространственно разнесенных в плоскости на расстояние х.

Автокорреляционная функция АС(х) функции Р(х), такой как профиль рельефной микроструктуры поверхности, определяется следующим образом:

A C ( x ) = ∫ P ( x ' ) ⋅ P ( x ' + x ) ⋅ d x ' .

Более подробно об автокорреляционной функции и соответствующих вопросах программирования можно узнать, например, из публикации "Численные методы в Си: техника научных вычислений", Уильям X. Пресс, Саул А. Тьюколски, Уильям Т. Веттерлинг, Брайен П. Фланнери; Кембридж, Нью-Йорк: изд-во "Cambridge University Press", 1992.

Для непериодических или недетерминированных профилей поверхности автокорреляционная функция быстро затухает с увеличением х. С другой стороны, для детерминированных профилей поверхности, например для дифракционной решетки, автокорреляционная функция не затухает. Однако в случае дифракционной решетки автокорреляционная функция модулируется периодической функцией. Для почти регулярной дифракционной решетки огибающая ее автокорреляционной функции также затухает с увеличением х.

С помощью одномерной автокорреляционной функции может быть определено единое характеристическое число, длина L автокорреляции. Это длина, для которой огибающая автокорреляционной функции затухает до определенного порогового значения. Было найдено, что для целей настоящего изобретения подходит пороговое значение, равное 10% от АС(х=0).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения узор содержит по меньшей мере один участок с рельефной микроструктурой поверхности, которая по меньшей мере в одном направлении имеет усредненную одномерную автокорреляционную функцию АС(х) с огибающей, которая затухает до уровня 10% от значения АС для х=0 в пределах некоторой длины автокорреляции, которая меньше трехкратного среднего расстояния в поперечном направлении между соседними переходами между возвышениями и углублениями. Для анизотропных модуляций поверхности это направление перпендикулярно оси анизотропии.

Более предпочтительны рельефные микроструктуры поверхности, для которых длина автокорреляции меньше двукратного среднего расстояния в поперечном направлении между соседними переходами между возвышениями и углублениями. Еще более предпочтительными являются рельефные микроструктуры поверхности, для которых длина автокорреляции меньше одного среднего расстояния в поперечном направлении между соседними переходами между возвышениями и углублениями.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения длина L автокорреляции превышает одну сотую величины среднего расстояния в поперечном направлении между соседними переходами между возвышениями и углублениями.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения узор содержит участки анизотропных микроструктур с разными направлениями осей анизотропии. Поскольку свет отражается или подавляется в определенном направлении в зависимости от ориентации в конкретном месте, то в оптическом элементе, изготовленном как копия в соответствии с настоящим изобретением, можно будет видеть изображение из светлых и темных пикселей, т.е. элементов изображения. Кроме того, такие элементы обнаруживают четко выраженный переход от позитивного изображения к негативному изображению при их повороте или наклоне. Такие элементы с образующей узор поверхностью могут изготавливаться с черно-белых изображений, но и с полутоновых изображений (изображений в оттенках серого) и могут создаваться, например, следующим образом. В случае полутонового изображения его сначала растрируют, т.е. изображение разбивается на темные и светлые зоны с определенным разрешением в пикселях для приведения полутонового изображения к черно-белому изображению. Затем темные зоны черно-белых изображений ставятся в соответствие анизотропно рассеивающим зонам, имеющим первое направление ориентации, а светлые зоны ставятся в соответствие анизотропно рассеивающим зонам, имеющим другое направление ориентации, например перпендикулярное первому направлению. Элемент с такой схемой расположения пикселей будет выглядеть как позитивное изображение при его рассматривании под первым углом наблюдения и как негативное изображение при повороте элемента, например, на 90°.

В другом варианте полутоновое изображение может быть оцифровано по нескольким полутонам с назначением каждому полутону определенного значения градации серого, и каждому такому значению может присваиваться определенное направление ориентации. Вместо использования оцифрованных значений градаций серого непрерывно изменяющиеся оттенки серого могут быть преобразованы в непрерывно изменяющиеся направления ориентации.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения узор содержит участки с модуляцией поверхности, состоящей из переходов от углублений к возвышениям и от возвышений к углублениям, причем в (первом) поперечном направлении участка поверхности на каждых 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, которое перпендикулярно первому направлению, на каждых 200 мкм имеется в среднем по меньшей мере один переход от возвышения к углублению или наоборот.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения узор содержит участки, для которых в первом поперечном направлении среднее поперечное расстояние между соседними переходами от возвышения к углублению или наоборот находится в диапазоне от 0,5 до 10 мкм. Предпочтительно это среднее поперечное расстояние находится в диапазоне от 0,5 до 5 мкм. Во втором поперечном направлении, которое перпендикулярно первому поперечному направлению, среднее расстояние между переходами от возвышения к углублению предпочтительно меньше 100 мкм и более предпочтительно меньше 50 мкм.

Для описания анизотропных рельефных структур поверхности в контексте настоящего изобретения используется термин "характеристическое отношение или удлинение рельефа поверхности" (ХОРП), который определяется как среднее отношение длины к ширине элементов анизотропного рельефа поверхности. ХОРП в значительной степени определяет характер рассеивания света по различным азимутальным направлениям на рельефной микроструктуре поверхности. Для ХОРП=1, что соответствует рельефным структурам поверхности, средние размеры которых одинаковы по меньшей мере по двум поперечным направлениям, характеристики рассеивания для падающего света почти не зависят от азимута падающего света. Поэтому интенсивность света, отраженного рельефными микроструктурами поверхности с ХОРП=1, почти не изменяется при повороте элемента, содержащего такую рельефную микроструктуру поверхности, вокруг оси, перпендикулярной поверхности элемента.

Для анизотропных рельефных структур, т.е. ХОРП>1, интенсивность отраженного света зависит от азимута падающего света. Для зрительного восприятия отличий для разных азимутальных углов падения света ХОРП должен превышать 1,1. Для повышения видимого контраста изображений, полученных на рельефных структурах поверхности с различными осями анизотропии, предпочтительными являются значения ХОРП, превышающие 2. Более предпочтительными являются значения ХОРП, превышающие 5.

Для очень больших значений ХОРП диапазон азимутальных углов, в котором рассеивается значительная часть света, становится меньше, в результате чего становится труднее воспринимать свет, отраженный от изображения, выполненного на рельефных структурах поверхности. Поэтому в предпочтительном варианте имеется по меньшей мере один участок, для которого ХОРП меньше 50, и более предпочтительно ХОРП меньше 20.

В контексте настоящего изобретения термин "коэффициент заполнения рельефа" определяется как отношение суммарной площади возвышений к общей площади всех возвышений и углублений. В предпочтительных вариантах имеется по меньшей мере один участок, для которого коэффициент заполнения рельефа поверхности находится в диапазоне от 0,05 до 0,95, более предпочтительно - от 0,2 до 0,8 и еще более предпочтительно - от 0,3 до 0,7.

Если для копирования рельефной микроструктуры поверхности с первого слоя на второй слой используется двухстадийный процесс травления, в котором на первой стадии осуществляется травление только первого слоя, а вторая стадия травления касается только второго слоя, то процесс копирования будет представлять собой вид оцифровки профиля глубины первого слоя. Это связано с тем, что травление второго слоя происходит только в тех частях, которые открылись при удалении материала первого слоя. Поскольку скорость травления второго слоя одинакова на всех его частях, то глубина структуры, копируемой во второй слой, будет одинаковой почти по всей его поверхности. В результате формируется микроструктура, имеющая в основном два типа плато, плато возвышений и плато углублений. Могут быть и другие плато, если формируемые микроструктуры имеют разные глубины на разных участках.

В контексте настоящего изобретения плато определяется как участок внутри микроструктуры, на котором высота структуры изменяется или колеблется менее чем на 20% от средней глубины структуры.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения возвышения (выступы) рельефной микроструктуры поверхности, скопированные во второй слой, образуют верхние плато, которые лежат практически на одном, верхнем уровне, а углубления (желобки) рельефной микроструктуры поверхности, скопированные во второй слой, образуют нижние плато, которые лежат травление на одном, нижнем уровне, так что глубина модуляции рельефа практически одинакова по площади поверхности. То, что верхний и нижний уровни высоты практически одинаковы означает, что изменение (колебание) высот верхнего и нижнего плато меньше 20%, предпочтительно меньше 10%, и более предпочтительно меньше 5% средней глубины рельефной микроструктуры поверхности.

В изобретении предлагается также оптический элемент, имеющий образующую узор рельефную микроструктуру, полученную как копия с помощью матрицы.

Предпочтительно, чтобы предлагаемые в изобретении оптические элементы были по меньшей мере частично отражающими. Поэтому предлагаемые в изобретении оптические элементы предпочтительно содержат отражающие или частично отражающие слои, в которых используются такие материалы как золото, серебро, медь, алюминий, хром или пигменты. Отражающие или частично отражающие слои могут быть также расположены таким образом, чтобы покрывать только часть оптического элемента. Это может быть достигнуто, например, структурированным осаждением слоя или локальным снятием слоя металла.

Отражение также может быть получено на переходе к материалу с другим показателем преломления. Поэтому в предпочтительном варианте осуществления изобретения поверхность микроструктуры предлагаемого в изобретении оптического элемента покрывают диэлектрическим материалом. Примерами материалов с высоким показателем преломления являются ZnS, ZnSe, ITO или TiO₂. Для этой цели также подходят композиционные материалы, содержащие наночастицы материалов с высоким показателем преломления. Покрытие также может быть поглощающим для определенных цветов для изменения цвета внешнего вида устройства.

Рельефные микроструктуры поверхности предлагаемого в изобретении оптического элемента, особенно при их применении для защиты от подделки, могут запечатываться для защиты элемента от механических воздействий, загрязнений, а также для предотвращения возможности несанкционированного и противозаконного изготовления копий с таких элементов. Поэтому предлагаемые в изобретении оптические элементы предпочтительно содержат слой диэлектрика, покрывающий микроструктуру. Подходящими защитными и пассивирующими пленками являются прозрачные диэлектрические материалы, которые при необходимости могут быть окрашены.

Благодаря наличию образующей узор рельефной микроструктуры поверхности, предлагаемые в изобретении оптические элементы пропускают и/или отражают свет по-разному в зависимости от характера микроструктуры в соответствующем месте. Поэтому узор, образуемый микроструктурой(-ами), может рассматриваться как рисунок или схема разных интенсивностей пропускания и/или отражения света при освещении микроструктуры. В зависимости от типов микроструктуры будет иметь место сильная зависимость их зрительно воспринимаемого внешнего вида от угла падения света и/или от угла наблюдения.

В зависимости от глубины микроструктур могут генерироваться интерференционные цвета. Может быть получен широкий диапазон цветов, например, при увеличении глубины модуляции будут видны следующие цвета: желтый, оранжевый, розовый, фиолетовый, голубой и зеленый. Для структур с большей глубиной могут появляться цвета более высоких порядков. Обычно имеется четко выраженная зависимость интерференционных цветов от угла наблюдения и/или от угла падения света. Цвета могут быть видны под определенными углами, в то время как для других углов они могут изменяться или исчезать. Поэтому узор выглядит как цветной рисунок, цвета которого зависят от угла наблюдения и/или от угла падения света.

Предлагаемые в изобретении оптические элементы могут включать и другие защитные признаки. Некоторые из них могут уже присутствовать в матрице, используемой для изготовления оптических элементов. Такими признаками являются, например, голограммы или кинеграммы. Другие защитные признаки, которые могут быть средствами первого, второго или третьего уровня защиты, могут быть добавлены на дополнительной стадии и/или в дополнительном слое. Эти дополнительные признаки могут быть видны постоянно без создания определенного оптического эффекта. Предпочтительно, чтобы дополнительно добавленный (защитный) признак обладал зависимостью от угла наблюдения, например, признак в виде голограммы или кинеграммы, или же в виде холестерических или интерференционных слоев. В более предпочтительном варианте осуществления изобретения добавляют защитный признак второго уровня, который невозможно обнаружить без использования специального инструмента наблюдения. Такие признаки могут быть введены, например, с помощью флуоресцентных материалов или материалов с двойным лучепреломлением. Особенно предпочтительными являются слои с двойным лучепреломлением, которые содержат участки разного сдвига по фазе или разной ориентации оптической оси. Защитный признак, хранящийся в таком слое с двойным лучепреломлением, можно увидеть только в поляризованном свете, например с помощью поляризационной пластинки.

Оптические элементы, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, могут использоваться в различных приложениях, связанных с пространственной модуляцией интенсивности света. Предпочтительно предлагаемые в изобретении оптические элементы используются в качестве защитных элементов в защитных устройствах. В частности, такие защитные устройства наносят на ценные документы или предметы, такие как документы, паспорта, водительские удостоверения, акции, облигации, купоны, чеки, кредитные карточки, свидетельства, билеты и т.п. или включают в их материал, для защиты от подделки и подлога. Защитные устройства также могут быть нанесены или введены в устройства защиты продукции или фирменной марки или в средства упаковки, такие как упаковочная бумага, упаковочные коробки, конверты и т.п. В предпочтительном случае защитное устройство может иметь, например, вид ярлыка, защитной полосы, этикетки, волокна, нити, слоистой структуры или накладки и т.д.

Для характеристики выраженных плато рельефа поверхности может быть полезной функция качества (оценочная функция), основанная на гистограмме высот. Возможная функция М качества имеет следующий вид:

M = d ( Δ x 1 ) 2 + ( Δ x 2 ) 2

В функции М качества используется соотношение ширины пиков и глубины модуляции рельефа. Диапазон отклонений возвышений и углублений от уровней их плато должен лежать в некоторой заданной части глубины модуляции рельефа. Δx₁ и Δх₂ - значения ширины двух пиков гистограммы, измеренные на уровне 1/е от полной высоты пиков, где е - основание натурального логарифма (е≈2,72), a d - расстояние между двумя пиками (соответствует среднему расстоянию по высоте между разными плато или глубине модуляции рельефа).

Рельефные микроструктуры поверхности, используемые в предлагаемом в изобретении способе, предпочтительно имеют значение функции М качества больше 2. Более предпочтительно, чтобы значение М было больше 3,5.

Краткое описание чертежей

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 анизотропно рассеивающей структурой;

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

на фиг.3 - вид исходного слоя, содержащего рельефную микроструктуру поверхности, который расположен на слое второго материала, толщина которого достаточна для того, чтобы его можно было использовать в качестве подложки;

на фиг.4 - вид исходного слоя, содержащего рельефную микроструктуру поверхности, который расположен на слое второго материала, являющимся тонким слоем на подложке;

на фиг.5.1-5.5 - процесс копирования рельефной микроструктуры поверхности с первого слоя во второй слой;

на фиг.5.6 - процесс металлизации скопированной рельефной микроструктуры поверхности;

на фиг.6 - иллюстрации стадий процесса формирования зон с различными глубинами микроструктуры на копии рельефной микроструктуры поверхности;

на фиг.7 - тиражирование матрицы с использованием процесса электролитического осаждения или гальванопластики (гальваническое выращивание никелевой пленки);

на фиг.8 - процесс разделения матрицы и никелевого листа, причем на фиг.8.1 приведен вид после завершения процесса гальванического покрытия, и на фиг.8.2 иллюстрируется разделение матрицы и никелевого листа;

на фиг.9 - процессы гальванопластики и соединения для изготовления никелевого листа или фольги;

на фиг.10 - тиражирование и массовое производство элемента в окончательном виде, причем на фиг.10.1 иллюстрируется процесс горячего тиснения, и на фиг.10.2 иллюстрируется процесс литья и/или тиснения с использованием УФ-излучения.

Подробное описание изобретения

Первый материал с рельефной микроструктурой поверхности обычно помещен в виде тонкого слоя на втором материале. Этот вариант иллюстрируется на фиг.3, на которой первый материал, содержащий рельефную микроструктуру поверхности, указан как слой 21, а второй материал указан как слой 22. Слой 22 может представлять собой подложку, как показано на фиг.3, или же сам может быть нанесен в качестве слоя на подложку 23, как показано на фиг.4. Вышеприведенное указание слоев относится к функции слоев в соответствии с изобретением. Вместе с тем, каждый из указанных слоев, в свою очередь, может содержать несколько слоев, н