[发明专利]色衍射颜料和箔片

说明书

本申请是申请日为2003年4月4日、申请号为03109340.X、标题为“色衍射颜料和箔片”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有光学效果的颜料和箔。尤其涉及到在表面上具有各种衍射结构以产生有选择的光学效果的色衍射颜料片和箔片。

背景技术

各种颜料，着色剂及箔片已经开发用于各种广泛应用。例如，衍射颜料已经应用于如制造图案表面和安全器件。由于美学和实用视觉效果，衍射图案和浮雕有着广泛的实际应用。

由衍射光栅产生的彩虹视觉效果是一种很好的装饰效果。当光束被从衍射光栅反射后被衍射进入它的颜色成份时，就会出现这种惊人的视觉效果。一般来说，衍射光栅基本上是用一种材料的线条或槽做成的重复结构以形成一个峰槽结构。当衍射光栅在一个反射表面上有特定深度并有规律性间隔的槽，就可以在可视的光谱中达到所需要的光学效果。

衍射光栅和类似结构的变色特性是众所周知的，尤其是当被用来在连续箔片上做成全息图像。上述衍射表面的一个特点是在方向性照明下它们能发挥更好的视觉性能。在主要的，良好准直的光源下，随着观察角或者照明角的变化而持续快速颜色变化是由于每一级衍射光束内根据波长的光的角度色散而形成的。相反，当用散光源，如普通的室内光或阴天的光线来照衍射着色剂或图像时，就不会显出在衍射着色剂或图像中的视觉信息，而一般所看到的仅仅是从凹凸表面的彩色或非彩色反射。

人们曾经试图通过将透明媒介中的衍射粒子的小颜料片散到不规则的已印刷好的表面上来开发这些器件的光学效果。这些努力包括各种提供可见光散射的衍射结构，这样，根据观察者相对于衍射表面或照明的几何条件的角度的不同，观察者可以观察到一个不同颜色。不过，到目前为此所设计的结构都有其局限性，如一个闪烁的外观在很多用途中从美学角度上并不合适。

例如，位于美国加州洛杉矶的斯伯克特可(Spectratek)技术有限公司生产一种相对大一些衍射片，此种衍射片粒子能够根据照明或观察角度产生成可变的颜色。不过，这种衍射片的大尺寸也会产生特殊的闪烁或闪烁外观。厚的衍射片在大角度下也会相互堆积，引起色度的减弱及颜色的变化，这就是所见的光的闪烁。在美国第6,242,510号专利中对此衍射片就有下列描述：“当相对于观察者的线条位置改变时，棱形板18的能在很多角度下反射光束的特有能力，会产生一个持续的变化图像。如同水晶，碎玻璃或是星光的发光闪耀一样的无数微小，明亮的反射是对整体效果的最恰当描述”(第5栏，56-62行)。

在斯伯克特可的文献中描述的这些粒子的最小尺寸是50乘50微米。因为这种相对较大的尺寸它们容易被看作是单独的粒子。另外，由于衍射片的厚度约为12微米，一个50微米的粒子的纵横比仅有4:1，即使一个较大的100微米的粒子的纵横比也只有8:1，这样，就排除了粒子间以级与基座间共同定向的可能性。尽管在许多绘画和印刷方法中，对于小于50微米的粒子的需求已为大家共认，但是不论是减小了的粒子大小或增大了的纵横比，即，纵横比大于8:1，在市场上都买不到。对市场上的衍射片的分析表明它们包括了一种受厚塑料膜保护的金属箔片。金属层形成衍射结构，其含有约从1700到1800条线/每毫米间隔的线性波动，同时其波动深度约为140纳米。

在一些应用中，以衍射光栅的持续箔片形式获得的连续的颜色变化比到目前为止由变色颜料片所得到的变色更为理想。传统的生成带有衍射光栅的粒子结构和方法使这种粒子得不到由箔片结构产生光学特征。到目前为此，通过改变某一结构参数来提高潜在的光学性能不可避免地对另一个重要特点产生负面影响。当粒子变大时，方向的偏差会导致闪烁效果。当粒子很小但没有定好向时，多种颜色会混合在一起而不能很好的区别开来。这样，即使在高度准直的照明下，观察会感觉到一个模糊的颜色范围，而不是连续箔片的明亮可分的颜色特征。

李先生(以下称作李)所有的美国第5,912,767号专利中提供了一种如在变色安全墨水中需要的更为均一的颜色。李发现为了得到均一外观，需要有槽的频率在1600到2000条线/每毫米之间(一个槽的宽度从0.4到0.6微米)的环形排列的衍射粒子。在一个较为理想的实施例中，李发现一种改善颜色外观均一性的方法是相对于每个粒子中心的距离来调节槽间隔。但是，与带有简单的线性光栅结构的同样大小的粒子相比，由于仅仅是很小的20微米粒子的亚区域的有限的有效光线的数量，环形光栅结构的亮度可能会很低。况且，李并没有提到关于粒子的厚度或槽的深度，也没有提供性能的进行说明以激发开发一种有效或经济的方法来生成这种复杂粒子。