專利名稱：用于表面浮雕凸印的深層結(jié)構(gòu)或浮雕成像的制作方法
用于表面浮雕凸印的深層結(jié)構(gòu)或浮雕成像
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于凸印(embossing)材料的方法。具體地，本發(fā)明是一種關(guān)于將厚 度超過200納米的深層或紋理圖案轉(zhuǎn)換成用于傳統(tǒng)全息薄膜凸印裝置的表面浮雕凸印襯 墊的方法。凸印用于物理上將圖像，例如3D微觀結(jié)構(gòu)或者全息圖像，壓印到材料或薄膜上。 傳統(tǒng)凸印對材料背面施加壓力以改變其表面，使所述材料具有立體或者凸起效果。換句話 說，傳統(tǒng)凸印將3D微觀結(jié)構(gòu)或者全息圖轉(zhuǎn)移到所述材料上。典型薄膜凸印機使用兩個圓柱 輥子，一個凸印輥子和一個支承輥子。一種帶有紋理圖案的凸印壓模，也就是通常所說的凸 印襯墊，被附在凸印輥子上。厚度通常是0. 0006到0. 001英寸之間或者再厚點的薄膜在兩 個輥子間被推拉。位于凸印輥子上的凸起或者紋理凸印襯墊將薄膜壓向所述支承輥子，以 在薄膜上制造出凸出壓印。接著，所述壓印的凸出側(cè)可能被鍍鋁或金屬化，以使3D微觀結(jié) 構(gòu)轉(zhuǎn)換成反射全息圖。隨后，金屬化或者沒有金屬化的薄膜可以被層壓到紙、卡片、塑料、金 屬或者其他基片上。一種具有超過400nm的輪廓深度或厚度的紋理圖案，也稱為浮雕，通常不能采用 傳統(tǒng)的全息凸印技術(shù)，例如凸印輥子，直接凸印到基片上，因為產(chǎn)品質(zhì)量會隨著3D微觀結(jié) 構(gòu)厚度的增加而降低。相反，例如如果希望得到一種深層浮雕，例如木頭或刷飾金屬的紋 路，那么，通過物理上刷涂薄膜來模擬紋理，或通過紫外線鑄造(cast)凸印在薄膜上復(fù)制 圖像，以產(chǎn)生刷飾金屬或者其他模擬浮雕。雖然有效，但是通過紫外線鑄造以提供厚度或深 度超過400nm的紋理圖案或者生成物理上/實際上的紋理可能很難處理的。但是，在一些環(huán)境中，不需要在薄膜上凸印圖像的實際總深度。一種模擬深度外觀 而不具有實際深度的圖像或壓印對轉(zhuǎn)印期望的設(shè)計或者紋理來說可能已經(jīng)足夠了。因此，需要一種方法，其使用傳統(tǒng)高速凸印機在材料或薄膜上模擬深度超過400nm 的深層或紋理化材料的外觀。這種方法將利用具有模擬厚或深的立體浮雕的外觀的圖像的 凸印襯墊。理想地，這種方法能使凸印襯墊在傳統(tǒng)高速薄膜凸印機中使用。而且，最好所述 凸印襯墊易于制作和能產(chǎn)生與立體圖像相同或相似的效果，并且沒有禁止使用傳統(tǒng)裝置的 大多數(shù)深層結(jié)構(gòu)或圖案。

發(fā)明內(nèi)容
浮雕通過以下方法被結(jié)合到可勾畫圖像(photodefineable)的表面制作浮雕表 面(例如刷飾金屬)的透明模型，然后使一束光或多束光照射透過所述模型，從而所述模型 中的浮雕將映射到感光保護(hù)膜(photoresist)表面。映射是通過在所述模型不同高度的相 應(yīng)位置的光的不同數(shù)量的衍射和折射形成的，所述光例如是激光/激光束或其他光源產(chǎn)生 匹配的光譜。凸印襯墊由感光保護(hù)膜表面制成。接著，薄膜通過用凸印襯墊壓印、金屬化， 并層壓到基片上以制造出一種產(chǎn)品，所述產(chǎn)品當(dāng)暴露在白光中時從不同的角度觀察具有變 化的圖案，或者所述產(chǎn)品模仿原浮雕的外觀。


在看過下面的具體描述和附圖之后，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員將更顯而易見，其中圖1示出了使用根據(jù)本發(fā)明的原理制成的凸印襯墊在薄膜上制作凸印的裝置；圖2示出了制造深層結(jié)構(gòu)的凸印襯墊的方法的第一步中的待鑄造到乙烯基板上 的浮雕樣板；圖3示出了浮雕的互補鑄型；圖4示出了透明模型的形成；圖5示出了透明模型；圖6示出了光穿過透明模型到感光保護(hù)膜板上的衍射；圖7示出了使用本發(fā)明方法得到的具有3D微觀結(jié)構(gòu)或者全息圖像的凸印襯墊。
具體實施例方式雖然本發(fā)明可以有多種形式的實施例，在附圖中顯示及下文描述的是一種目前優(yōu) 選的實施例，本公開應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是本發(fā)明的示例，而不應(yīng)將本發(fā)明局限于該特定實施例。進(jìn)一步地應(yīng)當(dāng)理解，本說明書的這部分標(biāo)題即“具體實施方式
”，與美國專利局的 要求相關(guān)，其既不暗示也不應(yīng)推測為限制此處公開主題。各種的深層結(jié)構(gòu)化裝飾性圖案來自機械浮雕，例如拋光或研磨，或化學(xué)工藝，例如 蝕刻。本發(fā)明的方法將深層圖案化或紋理化的蝕刻或浮雕結(jié)合在薄膜凸印襯墊上，以在用 于凸印薄膜或材料時模擬該深層圖案或紋理的外觀。浮雕表面(例如刷飾金屬)的透明模 型使用紫外線固化液體或硅膠或其他清澈形式形成的環(huán)氧樹脂和透明基片形成。透明模型 中的浮雕復(fù)制品通過照射一個或多個光源，例如激光/激光束，透過所述透明模型而被映 射到感光保護(hù)膜表面或板上。透明模型的浮雕復(fù)制品的不同高度將導(dǎo)致光衍射/折射，以 在感光保護(hù)膜板上形成相應(yīng)的圖案蝕刻。接著，生成的感光保護(hù)膜板被金屬化和電鍍，以形 成表面浮雕凸印襯墊。之后，所述表面浮雕凸印襯墊用于傳統(tǒng)高速全息凸印機，以在薄膜上 形成凸印圖像。然后，所述凸印薄膜被金屬化和層壓到基片上，以制造出一種產(chǎn)品，所述產(chǎn) 品當(dāng)暴露在白光中時從不同角度觀察具有變化的圖案，或者所述產(chǎn)品具有所述浮雕復(fù)制品 的外觀?，F(xiàn)在參考圖1，其示出了用于在薄膜或紙上形成表面浮雕凸印的裝置1。凸印圓筒 或輥子2和支承圓筒或輥子3彼此相鄰地布置，且在棍子2，3之間形成有間隙4。薄膜5穿 過輥子2，3之間的間隙5被推拉。凸印襯墊10卷繞在凸印輥子2周圍。當(dāng)薄膜5對著支 承輥子3和凸印襯墊10被按壓時，所述薄膜5上形成凸印圖像11。所述凸印圖像11有近 似200nm或更小的厚度或深度。圖2-7示出了本發(fā)明用于制作表面浮雕凸印襯墊的方法。立體浮雕R，例如形成在 鋁板或鋼板上的刷飾(brushed)金屬圖案，或其他合適的深層圖案或裝飾，使用紫外線鑄 造工藝復(fù)制到乙烯基基片14上。具有所述浮雕R的樣板T涂覆有紫外線固化液體或鑄造 樹脂12。在本實施例中，所述紫外線固化液體能在真空中固化，例如通過Actega Radcure 公司可得到的801H絕氧紫外線固化液體。這種紫外線固化液體吸收例如在與 300-310nm波長之間的波長。也可以使用可替代的紫外線固化液體/鑄造樹脂，例如通過佛
5羅里達(dá)州勞德代爾堡的Capex公司或者Locktite公司可得到的紫外線固化液體/鑄造樹 脂。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也知道到本方法不需要局限于紫外線固化液體/鑄造樹脂，也可以 使用硅膠或者各種不同的清澈形式的環(huán)氧樹脂，且這些都在本方法的范圍內(nèi)。所列的紫外 線鑄造樹脂只是用于說明的目的，本發(fā)明方法不局限于所列紫外線鑄造樹脂。可以理解，各 種清楚成型工藝也可以使用，并且在本發(fā)明的范圍之內(nèi)?？瞻椎囊蚁┗?4置于紫外線固化液體12和樣板T上面。分層結(jié)構(gòu)100經(jīng)受紫 外線固化以使紫外線固化液體層12硬化。紫外線固化液體層12硬化形成樣板T上的浮雕 R的互補掩模13。而且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道相應(yīng)的硅膠或其他環(huán)氧樹脂的固化方法 也許適用并在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。參考圖4，使用相同的技術(shù)將紫外線固化液體/乙烯基分層結(jié)構(gòu)200鑄造到玻璃 18的表面。第二層紫外線固化液體16遍布于紫外線固化液體/乙烯基分層結(jié)構(gòu)200上方， 從而所述紫外線固化液體16填充在第一紫外線固化液體層12中形成的互補掩模13的立 體互補浮雕，該第一紫外線固化液體層12現(xiàn)在已變硬。而且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道本發(fā) 明的方法不需要局限于紫外線固化液體/鑄造樹脂，也可能使用硅膠或者各種不同的清澈 形式的環(huán)氧樹脂，并且在本方法范圍內(nèi)。在第二紫外線固化液體層16上放置一段玻璃18。在本實施例中，所述玻璃18厚 度為％英寸；但是，可以考慮到其他有相應(yīng)厚度的透明和/或透光的物質(zhì)可能代替或除玻 璃外使用。另外，盡管可以預(yù)想到使用的玻璃是清澈或透明的，也可以考慮到有色玻璃也可 基于其玻璃透光性能和使用的激光的波長而被使用。分層結(jié)構(gòu)300經(jīng)受紫外線固化而使第 二層紫外線固化液體16硬化。如圖5所示，帶有粘附在其上的已經(jīng)硬化的紫外線固化層16的玻璃18從乙烯基/ 紫外線固化層200上剝離下來形成透明模型400。所述硬化的紫外線固化層16具有樣板T 上的原浮雕R的復(fù)制品Re。換句話說，樣板T上的浮雕R被復(fù)制和轉(zhuǎn)移到透明玻璃18上， 從而光能透過所述玻璃和浮雕Rc傳送。接著，帶有硬化的紫外線固化層16的玻璃18(透明模型400)使用光(例如由激 光、水銀蒸汽、弧光燈、或者其他有藍(lán)光波長的光源，如日光產(chǎn)生)的單色波長來制作接觸 性復(fù)制品。在本實施例中，使用的是激光。激光以一個小角度發(fā)散，穿過透明模型400傳 播，并蝕刻位于玻璃基片22上的感光保護(hù)膜表面20。在圖6中，所述透明模型400位于 感光保護(hù)膜板500前的垂直位置。所述感光保護(hù)膜板500由大約1. 5微米厚的感光保護(hù) 膜20平鋪在玻璃22上形成。感光保護(hù)膜是一種感光性感光乳劑，例如由馬薩諸塞州的 Rohm HassElectronic Materials of Marlborugh 制造的 Shipley 1800 系列的感光保護(hù) 膜，或者從美國AZ Electronic Materials、新澤西的Branchburg和日本東京的Siin Etsu Chemical可得到的感光保護(hù)膜AZ 1512。應(yīng)當(dāng)理解，所述感光保護(hù)膜的例子只是出于解釋 的目的，并不用于限制可用于本發(fā)明方法的感光保護(hù)膜。在一個實施例中，感光保護(hù)膜具有 等于457nm的波長敏感性。透明模型400和感光保護(hù)膜板500相互之間保持接觸。間隙30可能將所述透明 模型400和感光保護(hù)膜板500分隔開。激光M指向所述透明模型400的玻璃18側(cè)。當(dāng)所 述激光M和稍微位移的激光沈照射穿過透明模型400 (以及間隙30，如果存在的話)時， 所述激光M和輕微位移的激光沈從不同角度發(fā)生折射，使感光保護(hù)膜20受到激光沈的曝光。光的不同折射部分之間的干涉在感光薄膜層20上產(chǎn)生了復(fù)雜的衍射圖案。接著，具 有曝光的隱藏衍射圖像的感光保護(hù)膜板500被顯影。受到激光沈曝光的所述感光保護(hù)膜 20的區(qū)域暴露在感光保護(hù)膜顯影劑中會變得可溶，而那些沒有受到激光沈曝光的區(qū)域保 持不可溶。間隙30可能是需要的，以保護(hù)感光保護(hù)膜板500 ；但是，間隙不是適當(dāng)使用本方 法所必需的。顯影的感光保護(hù)膜平板500被鍍銀，并接著在鎳中電鍍。鍍銀和電鍍的基片從玻 璃基片22上剝離。感光保護(hù)膜材料在電鍍過程中被破壞。從玻璃上剝離的鎳銀復(fù)制品(“銀 母版襯墊”或“祖母”)再次被鍍。曾粘附在玻璃上的側(cè)面，鍍銀的側(cè)面，在鎳中被電鍍。新 的鍍鎳表面從鎳/銀的基部上剝離以形成“金屬母版襯墊”或者“母親”。此電鍍產(chǎn)品是母 版襯墊10。所述銀母版襯墊可能被用來制作多個母版襯墊10或者所述母版襯墊10可被用 來制作更多的復(fù)制品(被稱為“孩子”)。由此生成的鍍鎳母版凸印襯墊10，如圖7所示，具有與樣板T中的立體浮雕R相似 的平的全息圖像。另外的襯墊復(fù)制品被制成以用于傳統(tǒng)高速全息凸印裝置。生成的凸印襯 墊10包括樣板上的深層浮雕的光學(xué)圖像，所述凸印襯墊雖然沒有原件物理上的深度，但其 具有相似的運動回放特性。本發(fā)明凸印襯墊及制作深層浮雕凸印襯墊的方法的優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說是顯而易見的。本發(fā)明通過所述的衍射成像技術(shù)將深層浮雕結(jié)構(gòu)變形，以允許通過傳統(tǒng) 裝置凸印模擬立體浮雕的全息圖和深層結(jié)構(gòu)的表面。本發(fā)明的方法也通過單個母版工具生 產(chǎn)與終端產(chǎn)品一致的圖案。各種實施例，包括結(jié)構(gòu)化的和蝕刻的玻璃、凹雕和編織材料可使 用本發(fā)明的方法制作。不管本說明書文本中是否有明確公開，此處提及的所有專利通過引用并入本申請 中。在本說明書中，詞組“一個”應(yīng)理解為同時包括單數(shù)和復(fù)數(shù)。反之，適當(dāng)?shù)臅r候，任 何提及的復(fù)數(shù)應(yīng)該包括單數(shù)。從上文來看，應(yīng)當(dāng)注意到在不脫離本發(fā)明精神和新穎性概念的范圍的情況下，許 多修改和變化都能實現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，不應(yīng)設(shè)計或推斷對所述具體實施例的任何限制。本說 明書意圖通過所附的權(quán)利要求書涵蓋所有落在權(quán)利要求范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，所述方法包括以下步驟 準(zhǔn)備浮雕表面的透明模型；將感光保護(hù)膜板放置在鄰近所述透明模型的位置； 使光線照射穿透所述透明模型； 將所述浮雕表面映射到所述感光保護(hù)膜板上； 使所述感光保護(hù)膜板金屬化；并且 電鑄所述感光保護(hù)膜板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，準(zhǔn)備好所述透明模 型包括以下步驟在所述浮雕表面上涂覆紫外線(UV)固化液體； 在所述紫外線固化液體上層疊空白的乙烯基板；并且 固化所述紫外線固化液體，以形成所述浮雕表面的互補復(fù)制品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中準(zhǔn)備好所述透明模 型進(jìn)一步包括以下步驟將所述浮雕表面從所述紫外線固化液體上剝離，以將在所述紫外線固化液體中形成的 所述互補的浮雕表面暴露出來。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，所述準(zhǔn)備好所述透 明模型進(jìn)一步包括以下步驟將所述浮雕表面的互補復(fù)制品鑄造到玻璃上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中準(zhǔn)備好所述透明模 型進(jìn)一步包括以下步驟在所述浮雕表面的互補復(fù)制品上涂覆第二紫外線(UV)固化液體； 在所述第二紫外線固化液體上放置玻璃；并且固化所述第二紫外線固化液體，以在所述玻璃上制作出所述互補的浮雕表面的鑄件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，所述透明模型放置 在所述感光保護(hù)膜板前面的垂直方向上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，所述感光保護(hù)膜板 由放置在玻璃表面上的感光保護(hù)膜層構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，光投向所述透明模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，當(dāng)所述激光照射穿 過所述透明模型和間隙時，所述光從不同的角度折射，使所述感光保護(hù)膜板被所述光曝光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，所述光的不同折射 部分之間的干涉在所述感光保護(hù)膜板上產(chǎn)生復(fù)雜的衍射圖案。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，所述具有曝光的 衍射圖案的感光保護(hù)模板被顯影。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，當(dāng)顯影時，受到所 述激光曝光的所述感光保護(hù)膜板的區(qū)域變得可溶，沒有受到所述激光曝光的區(qū)域保持不可
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，包括將所述顯影的感光 保護(hù)膜板鍍銀的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，包括在鎳中電鍍所述顯 影的感光保護(hù)膜板的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，包括從所述感光保護(hù)模 板上去除電鍍的感光保護(hù)膜復(fù)制品和在鎳中電鍍所述感光保護(hù)膜復(fù)制品的鍍銀側(cè)的步驟。
16.一種用于凸印的全息凸印襯墊，包括具有浮雕圖像的表面浮雕全息圖，所述浮雕的厚度超過200nm，所述圖像的厚度小于 200nm。
17.一種根據(jù)本發(fā)明原理制作的凸印襯墊。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的為立體浮雕制作凸印襯墊的方法，其中，所述光是激光、日 光、弧光和單色光中的至少一種。
全文摘要
各種深層結(jié)構(gòu)化裝飾性圖案來源于機器浮雕或者蝕刻。深層圖案化或紋理化的蝕刻或浮雕被結(jié)合在薄膜凸印襯墊上，以在用于凸印薄膜或材料時模擬該深層圖案或紋理的外觀。浮雕表面(例如刷飾金屬、機器成形圖案和紋理化玻璃)的透明模型使用紫外線固化液體和透明基片形成。透明模型中的浮雕復(fù)制品通過照射或展開一束或多束激光源穿過所述透明模型而被映射到感光保護(hù)膜表面或板上。之后，所述薄膜凸印襯墊用于傳統(tǒng)凸印機以形成薄膜凸印。然后，所述凸印薄膜被金屬化和層壓到基片上，以制造出當(dāng)暴露在白光中時從不同角度觀察到的變化的圖案。
文檔編號G03H1/04GK102089719SQ200980127500
公開日2011年6月8日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者路易斯·M··斯波托, 迪恩·J··蘭達(dá)扎索, 馬特·戴爾斯奇 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司