具有圖案化螢光和非螢光著色劑的色移膜的製作方法
2023-05-12 16:01:01
專利名稱：具有圖案化螢光和非螢光著色劑的色移膜的製作方法
技術領域：
本發明概括而言涉及包含信息的薄膜和其他物品，信息外觀高度依賴於視角。
背景技術：
包含定向圖像—在某些觀察幾何條件下可以看到，而在其他條件下不可看到的圖像—的薄膜已經廣為人知。例如，美國專利6,024,455(O』Neill等人)公開了多層薄膜覆蓋圖案化反光層的反射物品。該圖案化反光層可包括一具有圖案化區域的標記層，該圖案化區域包含普通墨水、染料或其他基本上對某些波長不透明，而對其他波長透明的物質。不過，這種薄膜需要專門的照明設備進行最佳觀察。
PCT公開WO 99/36258(Weber等人)公開了具有印刷標記和螢光增白劑的色移膜，其中螢光增白劑如吸收UV並在彩色光譜可見光區域中發出螢光的染料。這種物品也可以形成外觀隨觀察幾何條件而變的圖像，尤其是在色移膜相對觀察者的背側上具有印刷標記時更是如此。有利的是，可以在普通漫射照明條件下，如典型辦公環境中觀看這類物品。
發明內容
近距離觀察如上所述包含有色移膜和螢光標記的物品，發現將螢光標記令人滿意地隱藏起來不被看見很困難。此處披露了螢光標記的隱藏得到改善的物品。
在所公開的實施例中，物品包括一色移膜和從該物品普通觀察者視點看設置在該色移膜後面的標記。該標記包括作為標記前景和背景的第一和第二著色部分。該第一著色部分包括一種螢光著色劑，該第二著色部分基本上沒有螢光性。選擇第二著色部分，使其與第一著色部分基本上具有相同顏色，以提高標記的隱蔽性。最好，當將第一和第二著色部分遠離色移膜進行觀察時，第一和第二著色部分具有相同顏色，並且在色移膜基本上阻擋螢光著色劑發射帶透過的角度處通過色移膜進行觀察時，也具有相同的表面顏色。通過這種方式，大大減小了前景與背景之間的對比度，在該視角處標記變得不引人注意。
附圖簡要說明
圖1為具有色移膜和設置在該薄膜後面、構成標記的第一和第二著色部分的物品的剖面圖，該物品粘貼到基板上；圖2為從一個視角觀察圖1中物品的正視圖；圖3為從另一視角觀察圖1中物品的正視圖；圖4為表示在一個視角處，第一和第二著色部分以及色移膜光譜性質的理想、簡化複合曲線；圖5為表示在另一視角處，第一和第二著色部分以及色移膜光譜性質的理想、簡化複合曲線；圖6為對於另一實施例，在一個視角處第一和第二著色部分以及色移膜光譜性質的理想、簡化複合曲線；圖7為對於又一實施例，在一個視角處第一和第二著色部分以及色移膜光譜性質的理想、簡化複合曲線；圖8為特殊色移膜在垂直(0度)入射和60度入射時測得的光譜傳輸曲線；圖9為特殊橙色螢光染料的測得的光譜性質曲線；以及圖10為特殊橙色非螢光著色劑的測得的光譜反射率曲線。
在附圖中，相同附圖標記表示相同元件。
具體實施例方式
在圖1中，物品10包括一色移膜12和設置在薄膜12後面，並且至少在某些觀察和/或照明幾何條件下可通過薄膜12觀察的標記14(參見圖2)。標記14由至少一第一著色部分16和一第二著色部分18製成或定義。如圖1和2中更好地表示出，以互補方式圖案化部分16，18，從而確定標記14，在本實施例中標記14為單個字母「W」。注意圖1大體上相當於沿圖2中的軸1-1作出的剖面圖，圖2以小於圖1的比例繪製。物品10還包括一光學粘合層20，粘合層20最好包括傳統壓敏粘合劑(PSA)，不過也可以包括熱激活粘合劑或其他適當的粘合劑。粘合層20將物品10固定到任選基板22上。如果需要，基板22可以構成物品10的一部分。取決於物品10的預期用途，如果需要從物品10背側進行某種照明的話，基板22本身可包括多種不同物品，如文檔，紙張，剛性或撓性標誌襯板，或鋼性或撓性櫥窗材料。在某種程度上，任何光都可以透過色移膜12與標記14的組合，這些光可以被吸收，漫反射或鏡面反射，或者透過基板22。
色移膜12具有隨光入射在該薄膜上的角度不同而透過不同波長光的性質。透射性也可以與偏振態有關，即使在垂直入射時也是如此。在這方面，薄膜12可以為偏振片，反射鏡，或者具有顯著偏振性的反射鏡。優選的薄膜12具有設置成多個單元的多個交替聚合物層，每個單元可有效反射波長為該單元光學厚度兩倍的光。可通過混合擠壓兩種或多種聚合物形成交錯材料流而製成這類薄膜。隨後通過單軸或雙軸拉伸，澆築混合積壓薄膜可以變薄並取向，形成最終的反射偏振片或反射鏡。最好，至少一種聚合物能由於應力產生雙折射，從而折射率隨拉伸而改變。通過將均包括兩個，三個或多個單獨聚合物層的單元，也設置成在薄膜12厚度方向上具有光學厚度梯度，從而該薄膜反射相對較寬的光譜帶(「反射帶」)。此處將反射帶的邊界稱為帶緣—光譜從高反射率(低透射率)過渡到低反射率(高透射率)，或者相反。還可知，將單元的厚度輪廓修整成使帶緣尖銳。在美國專利No.5,882,774(Jonza等人)；6,024,455(O』Neill等人)；和1998年1月13日申請的題為「Color Shifting Film」(Weber等人)的美國專利申請No.09/006,591其中一個或多個中描述了適當色移膜的這些和其他方面。還參考美國專利No.5,103,337(Schrenk等人)(重新公布為Re.34,605)和5,360,659(Arends等人)，討論了具有多於兩個獨立層和/或多於兩種聚合物材料的單元。
例如通過在玻璃或其他適當基板上連續真空沉積兩種無機介電材料形成多層，或者無機材料與有機聚合物交替的層(參見例如美國專利No.5,440,446(Shaw等人)，5,877,895(Shaw等人)和6,010,751(Shaw等人))製成的傳統無機多層膜，也可以用作色移膜12。與這些交替多層膜相比，上一段中描繪的優選聚合物膜，通過控制該薄膜內相鄰層輸出平面折射率(z-折射率)，具有能在基本上所有入射角上保持其帶緣完整的附加優點，與光的偏振態無關。較好是單元內相鄰聚合物層沿z-軸的折射率差Δnz小於該相鄰層之間薄膜平面中的最大折射率差(即Δnx或Δny)，更好是小於0.5或0.2倍該最大平面內折射率差，最好是基本為零。這些條件有助於保持帶緣形狀，即使反射帶的波長或顏色隨入射角改變而發生偏移，相當於在寬入射角範圍上視覺上高度顏色飽和時也是如此。適當的薄膜可從3M公司(美國明尼蘇達州聖保羅)購得，名稱為3MTMRadiant Light Film。
層未被取向，因此折射率基本上為各相同性的混合擠壓聚合物膜，也可以用作色移膜。例如美國專利No.3,801,429(Schrenk等人)，4,162,343(Wilcox等人)和4,310,584(Cooper等人)中描述了這類薄膜。
將第一著色部分16圖案化，形成字母「W」的前景，並設置在色移膜12後面。也可以考慮攜帶信息的其他字母、符號或形狀。重要的是，部分16包括螢光著色劑。此處使用術語「著色劑」表示賦予物體色調或色度的任何顏料、染料或其他物質，或物質的混合物。術語「螢光」指通過吸收不同(一般更短)波長(或波長帶)的光而發射一個波長(或波長帶)的光的性質。所發射螢光的波長範圍稱為發射帶；所吸收光的波長範圍稱為激髮帶。通過適當選擇螢光著色劑和色移膜，在某些角度處，發射帶的光可以基本上透過色移膜，而在其他角度處基本上被色移膜反射(從而，阻止到達觀察者眼睛)。或者，如果使用高度定向的光源，在某些角度可以阻止激髮帶的光到達螢光著色劑，而在其他角度可傳輸到螢光著色劑。圖1中的箭頭24，26分別代表垂直入射視角和傾斜視角。在這些角度其中一個角度處，色移膜12透過第一著色部分16的螢光發射，產生明亮的「W」(圖2)。在其他角度處，色移膜12基本上阻擋了發射帶中的光，從而「W」相對較暗(圖3)。
上述討論想當然地假定著色部分16中的螢光著色劑能夠通過吸收激髮帶的光而激發。可以通過多種方法實現這種激發，取決於所預期的應用。
在某些應用中，在物品10後面沒有產生大量的光。在這些情形中，激發光在到達第一著色部分16之前穿過色移膜12。有些色移膜12僅在某些入射方向和/或僅對於某些偏振態能有效地透過激發光。在特殊過程中可使用激發光的這種選擇性透過來訪問物品具有適當角度和/或偏振特性的一個光束與另一不具有這些性質的光束交替，並監測視覺響應(在適當觀察角處有螢光發射或沒有螢光發射)。或著，可以應用於將物品10暴露於從基本上所有角度和偏振態入射在其前表面上的光，正如典型的辦公室環境，在這種情況下激髮帶中足夠量的、並且具有適當角度和/或偏振態的光，將在部分16中產生螢光。其他色移膜12針對基本上所有入射角或者至少一個較寬入射角範圍和/或偏振態，能有效地透過激發光。對於這些薄膜，相當大量的環境光將穿過該色移膜，產生更加明亮的螢光發射。
在某些應用中，在物品10背面採用光源，如背光或者其他燈。在這些情形中，可將設置在部分16後面的任何材料或元件簡單地選擇為對於激髮帶中的光具有足以在部分16中產生所需螢光效應的總透射率。
物品10還包括設置在色移膜12後面的第二著色部分18。如圖1所示，以與部分16互補的方式圖案化部分18。或者，為了簡化製造過程，可以僅將部分16，18其中之一圖案化，而不將另一部分圖案化。在這種情形中，未圖案化的部分可以例如，被印刷成連續的層，在某些位置覆蓋圖案化部分，在其它位置在圖案化部分的各部分之間延伸。在另一種製造方法中，可以在連續未圖案化部分上印刷圖案化部分，並將所產生的組合層疊或者放置在色移膜12後面。在又一種方法中，可以將圖案化部分印刷到色移膜背側，而將未圖案化部分簡單地設置在該組合後面。可以使用傳統塗覆方法將著色部分塗覆到薄膜12上，塗覆方法包括但不限於苯胺印刷術。
如果物品包括未圖案化粘合層20，通過將適當的螢光和/或非螢光著色劑包含在內，可使用這類層代替第一或第二著色層16，18。
如圖1和2所示，部分18構成標記的背景。重要的是，部分18基本上沒有螢光性。也就是說，當對於特定應用暴露於所期望光強時，部分18不產生普通觀察者可看到的螢光發射。而且在部分18內可選擇顏料，染料，墨水或其他著色劑，產生與著色部分16的顏色基本相同的顏色感。這種選擇有助於降低某些視角處標記前景與背景之間的對比度，從而與不具有著色部分18或者將螢光標記印刷在白色表面或不同顏色表面上的結構相比，有助於隱藏起標記(參見圖3)。
最好，在色移膜12阻止螢光發射到達觀察者眼睛的角度處，從色移膜12前側觀察時，部分16，18的顏色基本相同。在這種條件下，與可看見明亮螢光發射的視角相比，部分16顯示為相對較暗。
如果部分16，18均設置在色移膜12後面，則最好選擇部分16，18的顏色，使如果通過清晰透明介質觀察時，例如如果從色移膜12後面觀察，或者如果通過取代色移膜12的透明薄膜觀察，或者如果在將這些部分並排塗覆到不同基板上之後從上面觀察，顏色也基本相同(這種顏色稱為「固有顏色」)。例如，兩個部分可以實質上為橙色，且部分16可包括一種橙色螢光著色劑。作為另一例子，兩個部分可以本質上為綠色，而部分16可以包括一種綠色螢光著色劑。如果通過這種方法對部分進行著色，那麼在色移膜阻擋螢光發射的角度通過色移膜觀看時，它們的外觀通常也將非常相似，有助於在該角度處隱藏標記。
如果需要，可以顛倒前景與背景的作用部分16可構成標記的背景，部分18可構成標記的前景。由於螢光著色劑與非螢光著色劑相比要貴得多，希望部分16的使用量少於部分18。在許多情況下，特定標記的前景與背景相比佔有的面積要小。因此，在許多情形中最好是用部分16作為標記的前景。
即使包括明亮的著色螢光顏料，在某些幾何結構下——諸如色移膜12基本阻擋螢光發射的觀察角，或者色移膜基本阻擋定向光源發出的激髮帶中的光，部分16在許多情形中也表現得相對較暗。在這種情形中，可將部分18設計成具有諸如咖啡色或黑色的固有顏色，該固有顏色實質上不同於部分16的例如為綠色、橙色或紅色的固有顏色。不過，當在所涉及到的某些幾何結構下從薄膜12前面觀察時，部分16，18仍然具有相同的表面顏色，從而有助於隱藏標記。實際上，可以將部分18設置在薄膜12後面或前面。在任何一種情形中，仍然認為標記14處於薄膜12後面，因為至少其一個組成部分位於薄膜12後面。
圖4和5是理想的簡化複合曲線，表示對於一特定實施例，第一和第二著色部分，以及色移膜的光譜特性。對於所示的所有曲線，x-軸表示以納米(nm)為單位的光波長λ，大約從400延伸到700nm的可見光區域。曲線50(圖4)表示垂直入射時色移膜12的光譜透過率，曲線50』(圖5)表示以某一角度傾斜入射時該薄膜的光譜透射率。這些曲線可以針對某一特殊光偏振態，或者表示所有偏振態的平均值。對於這些曲線，y-軸代表透射百分率，從0％到100％。如果色移膜12包括上述優選的聚合物多層膜，那麼特定波長處的鏡面反射率大體上為100％減去透射百分率，因為對於大多數感興趣波長而言，薄膜中的吸收通常遠小於1％。曲線52和54分別表示在不存在任何色移膜時測得的著色部分16，18的有效反射率(如果有螢光的話，為反射率加上螢光強度)。對於曲線52，54，y-軸代表以任意單位為單位的有效反射率。在具有螢光著色劑的部分16在某些波長處比另一部分18亮得多的情況下，大致依照彼此的比例繪製出曲線52，54。不過，曲線的相對高度不精確，並且為了便於討論將所有曲線理想化。
在垂直入射時(圖4)，色移膜12在由所示帶緣50a，50b限定的反射帶內具有低透射率。在該反射帶外，該薄膜具有高透射率。在這種幾何結構下，除了在曲線52，54一側附近以外，薄膜12大體上阻擋了與著色部分16，18有關的光。所透過的少量光具有相同的表面顏色和對比度，產生圖3所示的低對比度圖像。
在較高入射角處(圖5)，反射帶及其相關的標記為50a』和50b』的帶緣，偏移到更短波長—從而得到描述透射光同時發生的偏移的術語色移膜。在這種幾何結構中，著色部分16，18發出的光基本上透過該薄膜12。不過部分16中螢光著色劑的高亮度，勝過來自部分18的任何反射，從而與之相比表現得較暗。結果為圖2中所示的高對比度圖像。
圖6為與圖4相同對於垂直入射的理想、簡化複合曲線，不過針對具有不同的第一和第二著色部分16，18以及不同色移膜12的不同實施例。曲線60代表垂直入射時色移膜12的光譜透射率。曲線60包括帶緣60a。曲線62，64分別代表著色部分16，18的有效反射率(如上所述)。曲線62，64的整個光譜分布代表大體上相同的顏色。而且，在垂直入射時，除曲線62，64一側附近以外，薄膜12基本上阻擋與著色部分16，18有關的光。所透過的少量光具有相似的表面顏色和強度，結果為圖3中所示的低對比度圖像。
對於傾斜角度觀察，用朝向更短波長偏移觀察角表示的量的類似曲線(未示出)代替具有帶緣60a的曲線60。在至少某些角度處，經過偏移的透射曲線基本上透過曲線62，64的光，產生具有明亮前景著色部分16的高對比度圖像，如圖2所示。
圖7為與圖6相同對於垂直入射的理想、簡化複合曲線，不過針對具有不同的第一和第二著色部分16，18以及不同色移膜12的又一實施例。曲線70代表垂直入射時色移膜12的光譜透射率。曲線70包括帶緣70a。曲線72，74分別表示著色部分16，18的有效反射率(如上所述)。曲線72，74的整個光譜分布代表大體上相同的顏色。在本實施例中，在垂直入射時，薄膜12基本上透過曲線72，74的光，產生具有明亮前景著色部分16的高對比度圖像如圖2所示。實際上，在垂直入射時，薄膜12具有基本上比較清楚的薄膜外貌，因為它在可見光譜上具有高透射率。
對於傾斜角度觀察，用朝向更短波長偏移觀察角表示的量的類似曲線(未示出)代替具有帶緣70a的曲線70。至少在某些角度處，除曲線72，74一側附近以外，經過偏移的透射曲線基本上阻擋了與著色部分16，18有關的光。所透過的少量光具有相似的表面顏色和強度，結果為低對比度圖像，如圖3所示。
通常，適當的物品10可以包括附加層和特徵。例如，色移膜12可以包括一個或多個通過熱和/或壓力而壓印的區域。壓印區域比未壓印的周圍區域薄，從而光譜透射率和反射特性相對未壓印區域發生藍移。壓印區域可以具有除上述標記14以外的標記形狀。作為另一個例子，色移膜12可以包含或者載有適合於產生傳統全息圖像的微結構浮雕圖案。在選定幾何結構中，使用這種圖像可使標記14更加模糊不清。可使用已知全息壓花技術形成這種浮雕圖案，形成色移膜的適當表層或塗覆在色移膜頂面上。浮雕圖案也可以包含在層壓到色移膜的一單獨透明片中。通常參考美國專利5,656,360(Faykish等人)。這類單獨的透明片最好為操作溫度範圍內便於製造並保持物品完整性的聚合物。作為又一例子，可以通過傳統的印刷在色移膜12上或者印刷在壓到薄膜12的另一層(多層)上，將其他圖形、符號和除上述標記14以外的其他標記施加到物品10上。
例子使用下列組份材料構成典型物品用作色移膜12的3M牌RadiantColor Film CM590；用作著色部分16的Seiko牌橙色螢光染料(染料編號No.503，日本製造)；和用作著色部分18的普通非螢光橙色/紅色染料(可從BASF購得的橙色墨水，馬來西亞製造)。以互補方式手工將不同染料塗覆到色移膜一面上(稱為「背」面)，形成單個字母「W」的前景和背景，除了(a)不使用粘合層20，和(b)部分16構成「W」的背景，部分18構成「W」的前景以外，基本上如圖1和2所示。然後使染料乾燥。所生成的塗覆膜為撓性的，且總厚度為薄膜12本身為大約1.8密耳(45μm)；前景區域內薄膜加上染料的平均值為2.0密耳(50μm)；且背景區域中薄膜加上染料的平均值為2.4密耳(60μm)。乾燥染料的厚度足夠大，使其通過標準辦公照明設備觀察時基本上不透明。
在普通辦公室照明下，將該物品背側向下放置在白紙片上。當垂直入射從前側進行觀察時，沒有檢測到螢光。實際上，所看到的顏色是色移膜本身的反射顏色與透過色移膜和由著色部分16，18通過薄膜反射回來的光的顏色的混合。由於螢光染料和非螢光染料具有基本上相同的基色，僅能看到前景字母「W」與背景之間的輕微對比度。
在高傾斜觀察角處(相對法線大約60度或更高)，薄膜12的反射帶發生足夠大的偏移，使背景(著色部分16)呈現出非常明亮的橙色。在這些條件下，與螢光背景相比，前景(著色部分18)保持相對較暗。
使用Perkin Elmer Lambda 19 RSA-PE19S攝譜儀測量剩餘CM590薄膜片(未塗覆)的透射率。圖8描繪出測得的透射百分比相對波長的曲線。使用垂直入射到薄膜的非偏振光測得曲線80。曲線82是關於法線方向60度角的p-偏振光和s-偏振光(即，分別在入射平面和垂直於入射平面的平面內線偏振的光)的平均值。注意，反射帶發生波長偏移，並很好地保持尖銳帶緣。圖9為使用Perkin Elmer LSB50型螢光分光光度計對橙色螢光染料測得的數據。曲線90為該染料的發射帶，曲線92是該染料的激髮帶。對於相對響應(以任意單位為單位)描繪這兩條曲線。注意，激髮帶92不僅存在於紫外區域中，而且延伸到可見光區域。與圖8和9進行比較，還注意到在垂直角度和傾斜角度，CM590薄膜基本上透過激髮帶92的光。圖10為使用具有反射探針的Ocean Optics SD2000型分光計測得的本例中所用非螢光橙色/紅色染料的反射率曲線。y-軸表示以任意單位為單位的反射率，與圖9中所用的任意單位相比，沒有依照比例繪出。
已經參照幾個實施例描述了本發明。本領域技術人員顯然可以想到，在不偏離本發明範圍的條件下可對上述實施例進行多種變型。因此，本發明的範圍不應該限於此處描述的優選結構和方法，而由後面的權利要求的更寬範圍限定。
權利要求
1.一種物品，包括一色移膜；和設置在該色移膜後面的標記；其中該標記至少包括設置為該標記前景和背景的基本上具有相同顏色的一第一和第二著色部分，其中該第一著色部分包括第一螢光著色劑，該第二著色部分基本上無螢光性。
2.如權利要求1所述的物品，其中該第一螢光著色劑具有一發射帶，且其中在第一角度處，該色移膜基本上阻擋該發射帶中的光透過，在第二角度處基本上透過發射帶中的光。
3.如權利要求2所述的物品，其中當在該第一角度從該色移膜前面觀察時，該第一和第二著色部分基本上具有相同顏色。
4.如權利要求1所述的物品，其中當通過基本上透明的介質觀察時，該第一和第二著色部分基本上具有相同顏色。
5.如權利要求1所述的物品，其中至少將該第一著色部分印刷在該色移膜上。
6.如權利要求1所述的物品，其中至少將該第二著色部分印刷在該色移膜上。
7.如權利要求6所述的物品，其中也將該第一著色部分印刷在該色移膜上，並將該第二著色部分基本上連續印刷延伸到該第一著色部分上。
8.如權利要求1所述的物品，還包括一粘合層。
9.如權利要求8所述的物品，其中設置該粘合層，以將該物品粘貼到一基板上。
10.如權利要求8所述的物品，其中該粘合層包括該第一和第二著色部分其中之一。
11.如權利要求1所述的物品，其中該前景包括該第一著色部分，該背景包括該第二著色部分。
12.如權利要求1所述的物品，其中該背景包括該第一著色部分，該前景包括該第二著色部分。
13.如權利要求1所述的物品，其中從偏振片和反射鏡組成的組中選擇該色移膜。
14.如權利要求1所述的物品，還包括一設置在該標記後面的基本上白色的漫射表面。
15.如權利要求1所述的物品，其中該第一螢光著色劑具有一激髮帶，且其中在第一角度處該色移膜基本上阻擋該激髮帶中的光透過，並在第二角度處基本上透過該激髮帶中的光。
16.如權利要求1所述的物品，還包括從由色移膜壓印部分、全息元件和印製信息組成的組中選擇出的至少一種元件構成的另一標記。
全文摘要
本發明公開了一種物品(10)，具有一色移膜(12)和設置在該色移膜後面的標記(14)。該標記包括至少一第一和第二著色部分，該第一部分(16)包括第一螢光著色劑。該第二部分(18)無螢光性，不過具有與第一部分相同的顏色，增強某些觀察條件下標記的隱藏性。至少將一個著色部分圖案化。
文檔編號G02B5/20GK1489528SQ01822687
公開日2004年4月14日 申請日期2001年7月2日 優先權日2001年2月16日
發明者鵬 黃, 黃鵬, 季宏, 劉堯奇 申請人:3M創新有限公司