由流化床化學(xué)氣相沉積法制造的衍射顏料的制作方法
【專利說明】
[00011本申請是申請日為2012年8月16日、申請?zhí)枮?01210291218.8,以及發(fā)明名稱為 "由流化床化學(xué)氣相沉積法制造的衍射顏料"的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明通常涉及薄膜顏料片，并且更具體地涉及微結(jié)構(gòu)化的顏料片的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]已經(jīng)開發(fā)了專業(yè)顏料用于防偽應(yīng)用，例如鈔票上印刷的防偽器件，高價值物品的 包裝，容器封條，并且甚至直接應(yīng)用到了商業(yè)物品。例如，二十美元的美國聯(lián)邦儲備紙幣目 前使用的是光學(xué)可變油墨。被印刷在紙幣正面的右下角的數(shù)字"20"隨著視角的變化改變顏 色。這是一種明顯的防偽器件。色移效應(yīng)是不能由普通的彩色復(fù)印機(jī)復(fù)制的，并且收到紙幣 的人可以觀察是否該紙幣有色移防偽特性，以確定該紙幣的真實性。
[0004]其它高價值的文件和物品使用了類似的措施。例如，虹彩顏料或衍射顏料被用于 涂料和油墨，該涂料和油墨被直接應(yīng)用于物品，例如股票證書，護(hù)照，原產(chǎn)品包裝，或用于被 應(yīng)用到物品的封條。由于仿造者不斷地變得更加的復(fù)雜，因此需要更加難以偽造的防偽特 性。
[0005] -種防偽方法是在多層色移顏料片上使用微觀符號。在該多層色移顏料片的至少 一層的上面通過例如反射率的光學(xué)特性的局部變化形成該符號。該多層色移顏料片可以具 有全電介質(zhì)設(shè)計或金屬電介質(zhì)設(shè)計。這些符號可以在該顏料中通過機(jī)械方法被壓印或浮雕 或蝕刻，或者通過激光方法形成。
[0006]具有衍射光柵或符號的微結(jié)構(gòu)化的片往往需要額外的層，例如提供色移效應(yīng)的 層。一種傳統(tǒng)的方法是使用卷到卷涂覆(roll-torollcoating)。一卷聚合物基底材料片 (也被稱為"網(wǎng)狀物(web)"）通過沉積區(qū)，并且用一層或多層薄膜層進(jìn)行涂覆?？梢允乖摼酆?物基底卷多次來回通過沉積區(qū)。隨后，沉積的涂層與該聚合物基底分離，并且被加工成為 片。但是，大規(guī)模生產(chǎn)這種顏料需要非常長的沉積基底，并且在這種情況下，卷到卷技術(shù)是 不方便的。
[0007]因此，需要提供一種克服上面討論的技術(shù)的局限性的制造微結(jié)構(gòu)化的多層顏料片 的方法。
[0008]全電介質(zhì)干涉結(jié)構(gòu)可以由具有不同的折射率的電介質(zhì)層形成。可以利用這些層的 各種組合以實現(xiàn)需要的光學(xué)可變效應(yīng)。全部電介質(zhì)顏料片可以是微結(jié)構(gòu)化的，它們可以包 括為防偽目的的標(biāo)記，或者具有提供光學(xué)可變效應(yīng)的衍射光柵。
[0009]本發(fā)明的另一個目的是提供用于制造全電介質(zhì)的微結(jié)構(gòu)化的片的有效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供了一種用于形成微結(jié)構(gòu)化的顏料片的方法。該方法包括向流化床提供 微結(jié)構(gòu)化的電介質(zhì)核心，并且在該流化床中通過化學(xué)氣相沉積法封裝該微結(jié)構(gòu)化的電介質(zhì) 核心，從而形成封裝了該微結(jié)構(gòu)化的電介質(zhì)核心的封裝層。
[0011] 本發(fā)明的另一個方面提供了全電介質(zhì)的衍射顏料片，其包括衍射核心和一層或多 層非常適形的封裝層，其中在該片位于該流化床中時，使用化學(xué)氣相沉積法提供該封裝層。
【附圖說明】
[0012] 通過參考表示了本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例的附圖來更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其 中：
[0013]圖1是顯示薄膜干涉的示意圖；
[0014]圖2和圖3是顯示衍射干涉的示意圖；
[0015]圖4是顯不在二層尚/低/尚折射率的電介質(zhì)衍射顏料中的干涉的不意圖；
[0016]圖5A是制造微結(jié)構(gòu)化的顏料片的方法的流程圖；
[0017]圖5B是顯不制造顏料片的不意圖；
[0018]圖6是用于流化床化學(xué)氣相沉積(FBCVD)中的流化床的示意圖；
[0019]圖7A到圖7D是衍射顏料片的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微照片；
[0020]圖8A到圖8C是常見的封裝片的透射電子顯微鏡(TEM)橫截面圖像；
[00211圖9是片邊緣的掃描透射電子顯微鏡(STEM)圖像;和
[0022] 圖10是由圖9中顯示的STEM圖像中標(biāo)記的區(qū)域的光譜的元素分析的結(jié)果繪制的 圖。 具體實施例
[0023] 多層光學(xué)片由于在該片的表面上面形成的衍射微結(jié)構(gòu)，可以提供衍射光學(xué)效應(yīng)； 以及由于層狀結(jié)構(gòu)引起的光學(xué)干涉，能夠提供色移效應(yīng)。該衍射微結(jié)構(gòu)可以在電介質(zhì)核心 中形成，隨后將其用一層或多層封裝層進(jìn)行封裝。使得需要涂覆層全部或者至少盡可以多 地與衍射核心的微結(jié)構(gòu)適形，以產(chǎn)生基于結(jié)合了層狀涂層的薄膜干涉和由該微結(jié)構(gòu)引起的 衍射干涉的需要的光學(xué)效應(yīng)。
[0024] 當(dāng)全部電介質(zhì)的光學(xué)設(shè)計在光柵狀表面上面形成，而不是在平面上形成時，由此 產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)化的片顯示了隨著視角變化發(fā)生的顏色變化，這是由于薄膜干涉和衍射干涉 同時引起的。只有當(dāng)位于高折射率和低折射率的電介質(zhì)材料層之間的所有界面具有光柵狀 微結(jié)構(gòu)，干涉效應(yīng)的結(jié)合才可以有效地發(fā)生。在封裝層不適形的情況中，衍射效應(yīng)失去，或 者至少該效應(yīng)被嚴(yán)重地削弱，并且顏料僅僅或大部分顯示出薄膜干涉。因此，選擇用于可以 復(fù)制封裝層中的微結(jié)構(gòu)的衍射核心片的封裝技術(shù)是重要的。換句話說，沉積層應(yīng)該與該核 心片的原始微結(jié)構(gòu)高度適形。
[0025] 當(dāng)光波遇到具有不同的折射率的半透明材料之間的邊界時，發(fā)生薄膜干涉，從而 導(dǎo)致光波分成反射波和透射波。當(dāng)?shù)诙N材料具有高于第一種材料的折射率時，反射光束 經(jīng)歷了 180度的相移。典型的例子是肥皂泡。圖1顯示的是肥皂泡的橫截面(n=l. 33)，該肥 皂泡由空氣填充并被空氣包圍(n= 1)。第一透射波傳輸?shù)絻?nèi)部的氣泡/空氣界面，從而再次 被分為反射波和透射波。重復(fù)該過程產(chǎn)生無限數(shù)量的反射波和透射波。對于在由肥皂泡反 射的光中觀察到的產(chǎn)生迷人顏色的白色入射光的不同波長，建設(shè)性和破壞性的干涉條件是 不同的。
[0026]當(dāng)傳輸光波遇到與其波長類似尺寸的障礙時，發(fā)生衍射干涉或衍射。如果該障礙 是周期性的，一些波長的能量被分散到不同的離散方向（衍射級數(shù)）。這種光學(xué)器件被稱為 "衍射光柵"。
[0027]衍射光柵是一種光學(xué)組件，它由通過相當(dāng)于入射光的波長的距離分開的反射元件 或透射元件的組件制成。當(dāng)單色光在光柵上入射時，它在離散方向是衍射的。如圖2所示的， 在光柵中，每個光柵凹槽作為一個小狹縫形的衍射光源。由每個凹槽衍射的光結(jié)合以形成 衍射波前。如圖2所示，以不垂直于光柵表面的角度在光柵表面入射的光產(chǎn)生零級或鏡面反 射。衍射光柵在該零級反射的兩側(cè)產(chǎn)生第一級衍射光束(負(fù)一級到正一級）。同樣地，在較高 的角度，可以產(chǎn)生第二級和更高級的衍射光。如圖3所示，衍射也可以發(fā)生在透射中。
[0028]相對于由空氣包圍的HLH型的示意性的三層全電介質(zhì)顏料，進(jìn)一步討論薄膜和衍 射干涉效應(yīng)的結(jié)合，其中Η表示具有大于1.65且小于2.7的折射率的高折射率層，和L表示具 有小于或等于1.65且大于1.3的折射率的低折射率層。圖4示意性地顯示了在顏料的空氣/ 高折射率和高折射率/低折射率界面邊界被反射和/或透射的鏡面光束和一些衍射光束。實 際上，入射光束根據(jù)反射或衍射的定律進(jìn)行反射，并且該透射光束可以在層中以鏡面方向 或以衍射方向通過。僅僅考慮第一透射光束，它通過高折射率和低折射率層，隨后由高折射 率/低折射率界面反射。來自低折射率/高折射率界面的第二個內(nèi)部反射如虛線箭頭所示， 不考慮它們的軌跡。下標(biāo)"s"和"d"分別是指鏡面反射和衍射反射或透射的光束。R和Τ是指 反射或透射光束，Η和L是指高折射率電介質(zhì)層和低折射率電介質(zhì)層。例如，這個術(shù)語，RLs表 示由高折射率/低折射率的界面層反射的鏡面光束，且THd-表示通過空氣/高折射率界面透 射的衍射光束。
[0029]顯示僅僅由空氣/高折射率界面（RHs)的第一個鏡面反射光束和被標(biāo)記為THsRLsTHs的鏡面透射(H)/反射(L)/透射(H)對鏡面反射起作用。請注意，這種光路相當(dāng)于 純薄膜干涉的路徑。
[0030]至于