雙面成像的微光學(xué)器件及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微光學(xué)器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于微透鏡陣列和微圖文陣列的莫爾放大技術(shù)得到防偽領(lǐng)域的普遍關(guān)注。 Drinkwater等人在美國(guó)專利No. 5712731中提出了使用孔徑在50-250微米的微透鏡陣列與 微圖文陣列相結(jié)合的安全器件；
[0003] R. A. Steenblik等人在美國(guó)專利NO. 2005/0180020A1中通過(guò)更精密的加工技術(shù)以 及更多的變換形式，將基于微透鏡陣列的安全元件范圍進(jìn)行了擴(kuò)展，即將微透鏡的孔徑減 小至50微米以下。
[0004] 而上述采用微透鏡結(jié)構(gòu)的微光學(xué)器件都是單向成像，只能從一面看到立體晃動(dòng)圖 像，這無(wú)論是做包裝材料還是票據(jù)防偽，都存在一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種雙面成像的微光學(xué)器件及其制備方法和應(yīng)用，以克服現(xiàn) 有技術(shù)存在的缺陷。
[0006] 所述的雙面立體的光學(xué)元件，包括依次相互復(fù)合的第一微透鏡層、功能層、第二微 透鏡層和微縮圖文層；
[0007] 所述第一微透鏡層為由復(fù)數(shù)個(gè)第一微透鏡排列的第一微透鏡陣列；
[0008] 所述第二微透鏡層為由復(fù)數(shù)個(gè)第二微透鏡采排列的第二微透鏡陣列；
[0009] 所述功能層設(shè)置于第二微透鏡層表面，功能層的材料具有不同于周圍材料的折射 率。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是，所制備的微光學(xué)器件，可以在兩個(gè)面成像，采用該器件制備 的產(chǎn)品用于包裝和票據(jù)防偽后，可在正反兩個(gè)面都呈現(xiàn)立體圖像，且所呈現(xiàn)的兩種立體圖 像的表現(xiàn)形式是不同的，這大大增強(qiáng)了產(chǎn)品的吸引力和防復(fù)制能力。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為雙面成像的微光學(xué)器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為第一微透鏡透射聚焦示意圖和第二微透鏡的反射聚焦示意圖。
[0013] 圖3為功能層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖4為第一微透鏡、第二微透鏡和微縮圖文均為周期排布時(shí)的示意圖。
[0015] 圖5為周期排布時(shí)兩層對(duì)稱軸夾角示意圖。
[0016] 圖6為第一微透鏡、第二微透鏡和微縮圖文均為隨機(jī)排布時(shí)的不意圖。
[0017] 圖7為一種微縮圖文制作示意圖。
[0018] 圖8為一種微結(jié)構(gòu)微縮圖文示意圖。
[0019] 圖9為采用本發(fā)明微光學(xué)器件的雙側(cè)開(kāi)窗安全線票據(jù)示意圖。
[0020] 圖10為票據(jù)切面示意圖。
[0021] 圖11為一種隱形密文結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖12為一種結(jié)合全息的雙面成像微光學(xué)器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖13為另一種結(jié)合全息的雙面成像微光學(xué)器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 參見(jiàn)圖1，所述的雙面立體的光學(xué)元件，包括依次相互復(fù)合的第一微透鏡層1、功 能層4、第二微透鏡層2和微縮圖文層3 ;
[0025] 所述第一微透鏡層1為由復(fù)數(shù)個(gè)第一微透鏡11排列的第一微透鏡陣列；
[0026] 所述第二微透鏡層2為由復(fù)數(shù)個(gè)第二微透鏡21排列的第二微透鏡陣列；
[0027] 所述功能層設(shè)置于第二微透鏡層表面，功能層的材料具有不同于周圍材料的折射 率。
[0028] 優(yōu)選的，所述第一微透鏡層1由所述的第一微透鏡11采用周期排布方式或者隨機(jī) 排布方式排列成為第一微透鏡陣列，所述第二微透鏡層2由復(fù)數(shù)個(gè)第二微透鏡21采用周期 排布方式或者隨機(jī)排布方式排列的第二微透鏡陣列；
[0029] 所述的第一微透鏡層1的基材的折射率為1. 4~1. 8，
[0030] 所述的第一微透鏡層1的基材選自熱壓型材料如聚醋酸乙烯酯、三醋酸纖維素、 聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、醇酸樹(shù)脂和甲苯二異氰酸酯的混合物、聚氨酯、聚丙烯、聚對(duì) 苯二甲酸乙二醇酯-1，4-環(huán)己烷二甲醇酯；也可選自紫外固化型材料如環(huán)氧丙烯酸酯、月旨 肪酸改性環(huán)氧丙烯酸酯、苯乙烯和環(huán)氧丙烯酸酯的混合物；
[0031] 所述的第二微透鏡層2的基材的折射率為1. 4~1. 8 ;
[0032] 第二微透鏡層2的基材選自熱壓型材料如聚醋酸乙烯酯、三醋酸纖維素、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、醇酸樹(shù)脂和甲苯二異氰酸酯的混合物、聚氨酯、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲 酸乙二醇酯-1，4-環(huán)己烷二甲醇酯；也可選自紫外固化型材料如環(huán)氧丙烯酸酯、脂肪酸改 性環(huán)氧丙烯酸酯、苯乙烯和環(huán)氧丙烯酸酯的混合物；
[0033] 所述第一微透鏡11或第二微透鏡21為球面透鏡或非球面透鏡；
[0034] 所述第一微透鏡或第二微透鏡的基部幾何形狀為圓形、三角形、矩形或正六邊形 的一種或組合，優(yōu)選的為正六邊形，因?yàn)樵谙嗤耐哥R孔徑和透鏡間距條件下，正六邊形基 部的微透鏡具有最高的填充率，而微透鏡填充率越高，得到的宏觀放大的圖文信息越清晰 明亮；參見(jiàn)圖4,圖4a所示為第一微透鏡11和第二微透鏡21圓形基部微透鏡矩形排列示意 圖，圖4b所示為第一微透鏡11和第二微透鏡21正六邊形基部微透鏡蜂窩狀排列示意圖；
[0035] 所謂填充率是指微透鏡所占的面積與總面積之比，第一微透鏡11的總面積與第 一微透鏡層1的總面積之比為40%~90% ;第二微透鏡21與第二微透鏡層2的總面積之 比為40%~90% ;
[0036] 所述功能層的材料對(duì)可見(jiàn)光具有良好的透過(guò)性，且具有不同于周圍材料的折射 率，這就相當(dāng)于在材料內(nèi)形成了一層微弧狀結(jié)構(gòu)的折射率差陣列；功能層4的厚度為10~ 1000納米，優(yōu)選的為10~100納米；
[0037] 優(yōu)選的，如圖3所示，所述的功能層4的層數(shù)為1層或多層，優(yōu)選的層數(shù)為1~3 層，多層結(jié)構(gòu)的功能層，相比單層膜結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的全反射光線的能力；
[0038] 圖3a所示為功能層的單層膜結(jié)構(gòu)，功能層4材料的折射率大于周圍材料的折射 率，這種結(jié)構(gòu)只能在功能層4與周圍材料之間發(fā)生一次全反射；
[0039] 圖3b所示為功能層的雙層膜結(jié)構(gòu)，第一功能膜層41復(fù)合在所述的第二微透鏡層 1表面，第二功能膜層42復(fù)合在所述的第一功能膜層41表面；
[0040] 第一功能膜層41的折射率大于第二功能膜層42的折射率，第一功能膜層41的折 射率與第二功能膜層42的折射率的差值優(yōu)選為0. 3~0. 8 ;第二功能膜層42的折射率大 于周圍材料的折射率，這種結(jié)構(gòu)可以在第一功能膜層41與第二功能膜層42以及第二功能 膜層42與周圍材料之間反生兩次全反射，因此較單層膜結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的全反射光的能力。 理論上這種膜層數(shù)越多，其全反射光的能力也越強(qiáng)。
[0041] 光學(xué)元件對(duì)從第一微透鏡層入射的光具有很高的透過(guò)性，而對(duì)從微縮圖文層入射 的光，由于弧狀折射率差的存在，只有部分光線可以透過(guò)，部分光線會(huì)因全反射的作用而反 射回來(lái)。
[0042] 所述的功能層4材料折射率優(yōu)選的為1. 6-3. 5,功能層4材料的折射率與周圍材料 的折射率的差值為0. 3~2. 0,優(yōu)選0. 5~1. 5,功能層4位于第二微透鏡表面，填充率與第 二微透鏡層相同。
[0043] 所述功能層4的材料選自氧化物、氮化物、碳化物、無(wú)機(jī)金屬鹽、金屬或金屬合金；
[0044] 所述的氧化物選自一氧化硅SiO、二氧化硅SiO2、二氧化鈦TiO2、二氧化鋯ZrO 2、二 氧化鉿HfO2、一氧化鈦TiO、，五氧化三鈦Ti3O 5、五氧化二銀Nb2O5、五氧化二鉭Ta2O5、氧化?乙 Y2O3或氧化鋅ZnO ;
[0045] 所述的氮化物物選自氮化鈦TiN、氮化硅Si3N4或氮化硼B(yǎng)N ;
[0046] 所述的碳化物選自碳化硅SiC或碳化硼B(yǎng)4C ;
[0047] 所述的無(wú)機(jī)金屬鹽選自氟化釹NbF3、氟化鋇BaF2、氟化鈰CeF 3、氟化鎂MgF2、氟化鑭 LaF3、氟化釔YF3、氟化鐿YbF3、氟化鉺ErF3、硒化鋅ZnSe、硫化鋅ZnS、鈦酸鑭LaTiO 3、鈦酸鋇 BaTiO3、鈦酸鍶SrTiO3、鈦酸鐠PrTi03或硫化鎘CdS ;
[0048] 所述的金屬選自錯(cuò)A1、銅Cu、鈦Ti、娃Si、金Au、銀Ag、銦In、鎂Mg、鋅Zn、鉬Pt、 鍺Ge、鎳Ni ;
[0049] 所述的金屬合金選自金鍺合金AuGe、金鎳合金AuNi、鎳鉻合金NiCr、鈦鋁合金 TiAl、銅銦鎵合金CuInGa、銅銦鎵硒合金CuInGaSe、鋅鋁合金ZnAl或鋁硅合金AlSi ;
[0050] 所述的微縮圖文層3為周期排布方式或者隨機(jī)排布方式排列的微縮圖文陣列，微 縮圖文層3的材料選自熱壓型材料如聚醋酸乙烯酯、三醋酸纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯、 聚苯乙烯、醇酸樹(shù)脂和甲苯二異氰酸酯的混合物、聚氨酯、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇 酯-1，4-環(huán)己烷二甲醇酯；也可選自紫外固化型材料如環(huán)氧丙烯酸酯、脂肪酸改性環(huán)氧丙 烯酸酯、苯乙烯和環(huán)氧丙烯酸酯的混合物，厚度為0. 5~5微米；
[0051] 所述的微縮圖文的尺寸，為微米數(shù)量級(jí)的圖案或文字，微縮圖文為透明、色彩、反 射、干涉、色散或偏振特性