由流化床化學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、申請號為201210291218.8,以及發明名稱為 "由流化床化學氣相沉積法制造的衍射顏料"的中國發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明通常涉及薄膜顏料片，并且更具體地涉及微結構化的顏料片的制造方法。
【背景技術】
[0003]已經開發了專業顏料用于防偽應用，例如鈔票上印刷的防偽器件，高價值物品的 包裝，容器封條，并且甚至直接應用到了商業物品。例如，二十美元的美國聯邦儲備紙幣目 前使用的是光學可變油墨。被印刷在紙幣正面的右下角的數字"20"隨著視角的變化改變顏 色。這是一種明顯的防偽器件。色移效應是不能由普通的彩色復印機復制的，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用于物品，例如股票證書，護照，原產品包裝，或用于被 應用到物品的封條。由于仿造者不斷地變得更加的復雜，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 有全電介質設計或金屬電介質設計。這些符號可以在該顏料中通過機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構化的片往往需要額外的層，例如提供色移效應的 層。一種傳統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"網狀物(web)"）通過沉積區，并且用一層或多層薄膜層進行涂覆。可以使該聚合 物基底卷多次來回通過沉積區。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，大規模生產這種顏料需要非常長的沉積基底，并且在這種情況下，卷到卷技術是 不方便的。
[0007]因此，需要提供一種克服上面討論的技術的局限性的制造微結構化的多層顏料片 的方法。
[0008]全電介質干涉結構可以由具有不同的折射率的電介質層形成。可以利用這些層的 各種組合以實現需要的光學可變效應。全部電介質顏料片可以是微結構化的，它們可以包 括為防偽目的的標記，或者具有提供光學可變效應的衍射光柵。
[0009]本發明的另一個目的是提供用于制造全電介質的微結構化的片的有效方法。
【發明內容】
[0010] 本發明提供了一種用于形成微結構化的顏料片的方法。該方法包括向流化床提供 微結構化的電介質核心，并且在該流化床中通過化學氣相沉積法封裝該微結構化的電介質 核心，從而形成封裝了該微結構化的電介質核心的封裝層。
[0011] 本發明的另一個方面提供了全電介質的衍射顏料片，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明的各個優選實施例的附圖來更加詳細地描述本發明，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/尚折射率的電介質衍射顏料中的干涉的不意圖；
[0016]圖5A是制造微結構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圖像中標記的區域的光譜的元素分析的結果繪制的 圖。 具體實施例
[0023] 多層光學片由于在該片的表面上面形成的衍射微結構，可以提供衍射光學效應； 以及由于層狀結構引起的光學干涉，能夠提供色移效應。該衍射微結構可以在電介質核心 中形成，隨后將其用一層或多層封裝層進行封裝。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構適形，以產生基于結合了層狀涂層的薄膜干涉和由該微結構引起的 衍射干涉的需要的光學效應。
[0024] 當全部電介質的光學設計在光柵狀表面上面形成，而不是在平面上形成時，由此 產生的微結構化的片顯示了隨著視角變化發生的顏色變化，這是由于薄膜干涉和衍射干涉 同時引起的。只有當位于高折射率和低折射率的電介質材料層之間的所有界面具有光柵狀 微結構，干涉效應的結合才可以有效地發生。在封裝層不適形的情況中，衍射效應失去，或 者至少該效應被嚴重地削弱，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 復制封裝層中的微結構的衍射核心片的封裝技術是重要的。換句話說，沉積層應該與該核 心片的原始微結構高度適形。
[0025] 當光波遇到具有不同的折射率的半透明材料之間的邊界時，發生薄膜干涉，從而 導致光波分成反射波和透射波。當第二種材料具有高于第一種材料的折射率時，反射光束 經歷了 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)。第一透射波傳輸到內部的氣泡/空氣界面，從而再次 被分為反射波和透射波。重復該過程產生無限數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生迷人顏色的白色入射光的不同波長，建設性和破壞性的干涉條件是 不同的。
[0026]當傳輸光波遇到與其波長類似尺寸的障礙時，發生衍射干涉或衍射。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）。這種光學器件被稱為 "衍射光柵"。
[0027]衍射光柵是一種光學組件，它由通過相當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生零級或鏡面反 射。衍射光柵在該零級反射的兩側產生第一級衍射光束(負一級到正一級）。同樣地，在較高 的角度，可以產生第二級和更高級的衍射光。如圖3所示，衍射也可以發生在透射中。
[0028]相對于由空氣包圍的HLH型的示意性的三層全電介質顏料，進一步討論薄膜和衍 射干涉效應的結合，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，入射光束根據反射或衍射的定律進行反射，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部反射如虛線箭頭所示， 不考慮它們的軌跡。下標"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層和低折射率電介質層。例如，這個術語，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，這種光路相當于 純薄膜干涉的路徑。
[0030]至于