雙面成像的微光學器件及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種微光學器件。
【背景技術】
[0002] 基于微透鏡陣列和微圖文陣列的莫爾放大技術得到防偽領域的普遍關注。 Drinkwater等人在美國專利No. 5712731中提出了使用孔徑在50-250微米的微透鏡陣列與 微圖文陣列相結合的安全器件；
[0003] R. A. Steenblik等人在美國專利NO. 2005/0180020A1中通過更精密的加工技術以 及更多的變換形式，將基于微透鏡陣列的安全元件范圍進行了擴展，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構的微光學器件都是單向成像，只能從一面看到立體晃動圖 像，這無論是做包裝材料還是票據防偽，都存在一定的局限性。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是公開一種雙面成像的微光學器件及其制備方法和應用，以克服現 有技術存在的缺陷。
[0006] 所述的雙面立體的光學元件，包括依次相互復合的第一微透鏡層、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數個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數個第二微透鏡采排列的第二微透鏡陣列；
[0009] 所述功能層設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] 本發明的有益效果是，所制備的微光學器件，可以在兩個面成像，采用該器件制備 的產品用于包裝和票據防偽后，可在正反兩個面都呈現立體圖像，且所呈現的兩種立體圖 像的表現形式是不同的，這大大增強了產品的吸引力和防復制能力。
【附圖說明】
[0011] 圖1為雙面成像的微光學器件結構示意圖。
[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為功能層結構示意圖。
[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的示意圖。
[0015] 圖5為周期排布時兩層對稱軸夾角示意圖。
[0016] 圖6為第一微透鏡、第二微透鏡和微縮圖文均為隨機排布時的不意圖。
[0017] 圖7為一種微縮圖文制作示意圖。
[0018] 圖8為一種微結構微縮圖文示意圖。
[0019] 圖9為采用本發明微光學器件的雙側開窗安全線票據示意圖。
[0020] 圖10為票據切面示意圖。
[0021] 圖11為一種隱形密文結構示意圖。
[0022] 圖12為一種結合全息的雙面成像微光學器件結構示意圖。
[0023] 圖13為另一種結合全息的雙面成像微光學器件結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 參見圖1，所述的雙面立體的光學元件，包括依次相互復合的第一微透鏡層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為由復數個第一微透鏡11排列的第一微透鏡陣列；
[0026] 所述第二微透鏡層2為由復數個第二微透鏡21排列的第二微透鏡陣列；
[0027] 所述功能層設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 排布方式排列成為第一微透鏡陣列，所述第二微透鏡層2由復數個第二微透鏡21采用周期 排布方式或者隨機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、醇酸樹脂和甲苯二異氰酸酯的混合物、聚氨酯、聚丙烯、聚對 苯二甲酸乙二醇酯-1，4-環己烷二甲醇酯；也可選自紫外固化型材料如環氧丙烯酸酯、月旨 肪酸改性環氧丙烯酸酯、苯乙烯和環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、醇酸樹脂和甲苯二異氰酸酯的混合物、聚氨酯、聚丙烯、聚對苯二甲 酸乙二醇酯-1，4-環己烷二甲醇酯；也可選自紫外固化型材料如環氧丙烯酸酯、脂肪酸改 性環氧丙烯酸酯、苯乙烯和環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，優選的為正六邊形，因為在相同的透鏡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可見光具有良好的透過性，且具有不同于周圍材料的折射 率，這就相當于在材料內形成了一層微弧狀結構的折射率差陣列；功能層4的厚度為10~ 1000納米，優選的為10~100納米；
[0037] 優選的，如圖3所示，所述的功能層4的層數為1層或多層，優選的層數為1~3 層，多層結構的功能層，相比單層膜結構具有更強的全反射光線的能力；
[0038] 圖3a所示為功能層的單層膜結構，功能層4材料的折射率大于周圍材料的折射 率，這種結構只能在功能層4與周圍材料之間發生一次全反射；
[0039] 圖3b所示為功能層的雙層膜結構，第一功能膜層41復合在所述的第二微透鏡層 1表面，第二功能膜層42復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，這種結構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，因此較單層膜結構具有更強的全反射光的能力。 理論上這種膜層數越多，其全反射光的能力也越強。
[0041] 光學元件對從第一微透鏡層入射的光具有很高的透過性，而對從微縮圖文層入射 的光，由于弧狀折射率差的存在，只有部分光線可以透過，部分光線會因全反射的作用而反 射回來。
[0042] 所述的功能層4材料折射率優選的為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、無機金屬鹽、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BN ;
[0046] 所述的碳化物選自碳化硅SiC或碳化硼B4C ;
[0047] 所述的無機金屬鹽選自氟化釹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、醇酸樹脂和甲苯二異氰酸酯的混合物、聚氨酯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇 酯-1，4-環己烷二甲醇酯；也可選自紫外固化型材料如環氧丙烯酸酯、脂肪酸改性環氧丙 烯酸酯、苯乙烯和環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，為微米數量級的圖案或文字，微縮圖文為透明、色彩、反 射、干涉、色散或偏振特性