光学可变元件的制作方法
【专利说明】光学可变元件
[0001] 本发明设及光学可变元件，特别设及光学可变安全元件，W及用于其生产的方法。
[0002] 从W0 03/059643 A1中已知光学可变元件，其中由第一、高折射率材料制成的第一 层嵌入在第二、低折射率材料中。第一层与第二材料的两个各自的边界表面被形成为浮雕 结构。衍射光栅通过此而被提供。衍射光栅具有最多500nm的光栅周期。具有连续的正弦波 形式的波导因此在第二材料中获得。从而发生零级衍射，即在光照作用下生成一颜色，运取 决于旋转角度和/或照明角度。
[0003] 旋转角度和照明角度在此相对于通过光学可变元件形成的平面而限定的平面 Γ纸平面"）中发生的旋转而定义。该定义因此设及绕光学可变元件的表面的法线的旋转。
[0004] 在光学可变元件的平面中旋转的情况下，视角从而改变(在恒定光照作用下）。来 自W0 03/059643 A1的光学可变元件的第一区域可因此在第一视角生成第一颜色。第二区 域可W第二视角生成第一颜色。分别生成第一颜色的区域在旋转通过90°的情况下变化。
[0005] EP 0105099 A1公开了一种光学可变元件，该光学可变元件使用第一和高阶的衍 射结构且其中连续区域在纸平面中旋转的情况下沿预定义的路径连续发出着色照明，结果 是着色区域看上去沿着该路径跳跃。
[0006] 本发明的目的现在是详细说明一种光学可变元件，其特征在于改进光学特性。
[0007] 运一目的通过光学可变元件来实现，具体地一种光学可变安全元件，其中光学可 变元件具有至少一个第一衍射光栅和至少一个第二衍射光栅，所述至少一个第一衍射光栅 和至少一个第二衍射光栅分别具有光栅周期，所述光栅周期的范围在lOOnm~500nm之间， 优选地在180nm~420nm之间，其中，第一衍射光栅和第二衍射光栅被设计成或形成为使得 要么
[000引a)由所述第一衍射光栅W相对于绕所述光学可变元件表面的法线旋转定义的预 定旋转角度和相预定义的照明角度生成第一颜色，且由所述第二衍射光栅生成不同于所述 第一颜色的第二颜色，其中所述第一和第二衍射光栅各自的方位角相差达最多25%优选地 相差达最多15°且特别优选地相差达最多9°，要么
[0009] b)由第一衍射光栅基于在430nm~690nm之间范围的波长的光W相对于绕光学可 变元件表面的法线旋转定义的第一旋转角度和预定义的照明角度生成一颜色，且由第二衍 射光栅基于小于43化m或者大于69化m的波长W相对于旋转定义的第二旋转角度和预定义 的照明角度生成一颜色，且由第一衍射光栅基于大于690nm或小于430nm的波长生成一颜 色。
[0010] 光学可变元件可W由此提供W下效果之一，颜色迁移效果(特别是几乎连续的） 和/或着色图像翻转的效果。
[0011] 在光学可变元件中的衍射光栅优选地设置有高折射率电介质第一层，该高折射率 电介质第一层优选地具有恒定厚度，其充当波导。可选地，衍射光栅也可W设置有高折射率 化)层序列和低折射率化)介电层，例如Ξ层系统化H。衍射光栅(根据预定的定义)具有方位 角。在线性光栅的情况下，存在标记方向，沿该标记方向提供波峰和波谷的序列。该方位角 描述了在什么角度各个线相对于基准线而陈列，光栅的波峰和波谷沿着所述各个线彼此连 续，该基准线在波峰和波谷垂直从其延伸的平坦平面中运行。在交叉光栅的情况下，虽然存 在沿着其存在波峰和波谷的序列的两个标记方向，但有可能选择运些方向中的一个方向W 便用它来定义方位角。
[0012] 在根据本发明的光学可变元件中，运两个衍射光栅W不同的方式示出颜色效果， 其结果是任何效果可W通过衍射光栅的巧妙布置来实现。特别地，该布置被设计成使得通 过在其纸平面(或衬底平面）中光学可变元件的旋转，或者颜色的几乎连续迁移或者着色图 像翻转发生，运种情况对观察者来说特别引人注目且难忘的。运种安全特征因为小光栅周 期-其被称为亚波长光栅，采用当前的仿形装置无法复制。它们可W被形成为不透明的或透 明的且例如可W使用在纸币和身份证件两者上。
[0013] 在本发明的第一个方面，光学可变元件包括在至少一个横向方向（在从衬底平面 中定义的）中彼此连续的至少Ξ个区域，其中，每个区域具有衍射光栅，其中第一区域具有 第一衍射光栅，第二区域具有第二衍射光栅W及第Ξ区域具有不同于第一和第二衍射光栅 的第Ξ衍射光栅，其中，分别属于在至少一个横向方向中彼此连续或相邻的两个区域的衍 射光栅的区别在于：
[0014] i)它们的方位角相差达至少0.1°和最多15%且优选地相差达至少0.1°和最多9° 和/或
[001引 它们的光栅周期相差达在Inm~lOnm的范围的值。
[0016] 其中，对于区域中的至少Ξ个连续区域，方位角和/或光栅周期的相应值在相同的 方向上（由此或者向上或者向下)变化，优选地在连续的区域情况下分别改变达相同的量。
[0017] 换句话说，方位角和/或光栅周期分别逐区域地变化一点。每次旋转(在光学可变 元件的衬底的平面中）从而具有的结果是，查看角度改变。因此，例如，在由第一区域和随后 的旋转生成第一颜色的情况下，该第一颜色在相邻第一区域的第二区域中生成，然后在相 邻第二区域的第Ξ区域中生成等。第一颜色的(几乎)连续迁移效果由此产生。然而，由于运 是适当地设计的零级衍射，在每种情况下，所有连续区域保持在由光学条件预定义的颜色 着色。因此实现了在区域序列之内所有颜色的几乎连续转移的效果。然而，衍射光栅也可被 选择成使得当反射颜色迁移到UV-A光谱区域或近红外光谱区域时一些区域变为裸眼不可 见。
[0018] 光学可变元件优选包括至少四个，进一步优选地包括至少五个和特别优选地包括 六个区域，运些区域在至少一个横向方向（在衬底平面中定义的)上彼此连续，其中，每个区 域具有衍射光栅，其中分别属于在至少一个横向方向上彼此连续或相邻的两个区域的区别 在于：
[0019] i)其方位角相差达至少0.1°且最多15%且优选地相差达至少0.1°和最多9°和/或
[0020] ii)它们的光栅周期相差达在Inm~lOnm的范围的值。
[0021] 连续区域优选彼此直接邻接，尤其是没有通过裸眼能够分辨的间隙。
[0022] 颜色是指由处于肉眼可见范围或邻近紫外线A和近红外范围的光引起的个体视觉 (感官)感知。运感知也被称为颜色感知或显色印象。对于人类可见的颜色位于电磁波谱的 380皿"紫"和780皿"深红"之间的范围，其中，在低于430nm和高于690nm处眼睛的相对灵敏 度小于在555nm处的最大值的1 %。结果是只有非常强的光源，诸如例如超高亮LED或激光器 在光谱范围380皿-430nm和690皿-780nm中被感知。如所感知的，响应于色规格颜色由于在 颜色受体中的视觉刺激，颜色形成。颜色不是所看到的光的特性(色刺激），而是电磁波的物 理原因的主观感测。对应于光谱色规格(在不同波长的光中或在与光、紫外线A或近红外相 邻的福射中的不同强度），带来不同色刺激，从而形成不同的颜色感知质量，其结果是不同 的颜色因此被感知。光谱颜色是由于在光谱的可见部分中的单色光形成的显色印象。在每 种情况下光谱颜色是最强烈的，因此是最纯净的颜色。光谱颜色的示例是，在蓝色的情况下 具有473皿波长的单色激光，在绿色的情况下具有532皿波长的单色激光W及相应地在红色 的情况下具有635nm波长的单色激光。
[0023] 当衍射光栅不是旋转对称时，方位角是始终可指定的。对于常规提供的线性光栅、 交叉光栅或六边形光栅情况通常如此。交叉光栅或六边形光栅在两个不同的光栅方向中可 W具有相同或也可具有不同的光栅周期dx或dy。
[0024] 在线性光栅的情况下，存在沿着其提供波峰和波谷序列的标记方向。方位角是相 对于该标记方向定义的角度。在交叉光栅的情况下，虽然有沿着其存在波峰和波谷序列的 两个方向，但有可能选择运些方向之一W便使用它来定义方位角。
[0025] W运样的方式定义的连续区域的衍射光栅的方位角优选地相差达0.1°~15°之间 的量，特别地相差达0.2°~10°之间的量，特别优选地相差达0.5°~5°之间的量。在命名值 的情况下，颜色的连续迁移W不断增加的程度被感知。
[0026] 在用于该第一方面的优选实施例中，连续区域的两个衍射光栅的光栅周期相差达 从Inm~7nm的范围的值，优选在Inm~5nm的范围，其中，光栅周期例如在340nm~400nm之 间，例如第一衍射光栅为38化m，第二衍射为377nm等。即使在运些值，在光学可变元件上感 知到的颜色的转移方面W不断增加的程度接收到连续性的印象。
[0027] 在用于第一方面的所有提及的实施例中，一个或多个区域且特别是每个区域优选 地在两个横向方向上具有分别大于0.5mm的尺寸，优选的在至少一个横向方向上大于1mm的 尺寸，运里特别优选的大于3mm。另外地或替换地，可W实现运样的特征，一个或多个区域且 特别是每个区域在两个横向方向上分别具有最多50mm的尺寸。
[00%]提及的尺寸使得当光学可变元件从适合的距离观察（例如，距30cm的阅读距离） 时，被视为一个整体的区域仍然可W在视觉上分辨，但光学可变元件整体上不太大。
[0029] 在用于第一方面的到现在所提及的所有实施例中，区域可形成直线的或弯曲的 带。感知沿区域布置从而沿着带的相同颜色的迁移。
[0030] 替换地或附加地，连续区域可分别具有弯曲带的形式，该带至少部分地分别由其 他区域接连相应的区域W弯曲的带的形式围绕，其中各区域优选地提供同屯、封闭带且特别 优选地提供环状带。运里所实现的效果相当于累抽的效果。运里由于针对第一方面在相对 于衍射光栅的方位角或衍射光栅的光栅周期方面提及的规格，当根据本发明的光学可变元 件旋转或倾斜时，确保了从内到外或从外到内连续地移动的显色效果的印象。运种累抽效 果也可W被感知为图形轮廓的准扩展或准收缩。
[0031] 在用于第一方面的到现在所提及的所有实施例中，一个或多个区域可W包括多个 第一区域和第二或第二和第Ξ或第二、第Ξ和提供不同于第一区域的光学效果的其它区 域，其中第一区域中，分别通过第一衍射光栅、第二衍射光栅、第Ξ衍射光栅或其它衍射光 栅而形成相同的衍射光栅。
[0032] 特别地，区域的交织从而确保了第一区域和第二、第Ξ和/或其它区域不被感知为 离散的，且可能不被裸眼（w合适的尺寸)分辨。特别是，一些光学效果可w在颜色效果区域 (或同一子区域)施加。对于运一点，优选的是，第一区域和/或第二区域和/或