CN111094009A - 安全设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种安全设备，包括：色移元件，在不同的视角下呈现不同波长的光；以及至少部分透明的光控制层，覆盖所述色移元件的至少一部分，并且包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸；其中所述光控制层的第一区域包括第一光学特性，由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第一光学特性的合成；以及所述光控制层的第二区域：(i)是基本无色的以使得来自所述第二区域的所述第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的；或(ii)包括不同于所述第一光学特性的第二光学特性，由此来自所述光控制层的所述第二区域的所述第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。还公开了其制造方法。

Description

安全设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及适用于安全文件例如钞票、身份文件、护照、证书等的安全设备，以及用于制造这种安全设备的方法。

背景技术

为了防止伪造并能够检查真实性，安全文件通常配备有一个或多个安全设备，这些安全设备难以或不可能用诸如复印机、扫描仪或商用打印机之类的常用手段精确地复制。

一种众所周知的安全设备是使用色移元件来产生难以伪造的光学可变效果的设备。这种色移元件产生根据视角而改变的有色外观。已知的色移结构的示例包括光子晶体、液晶、干涉颜料、珠光颜料、结构化干涉材料、或包括布拉格(Bragg)堆的薄膜干涉结构。

在本领域中还已知，可以通过在色移元件上引入包括表面凹凸的膜来改变由色移元件产生的光学效果，其中该表面凹凸包括多个成角度的小面，这些小面使入射到色移元件和从色移元件反射的光线发生折射，从而为查看者提供不同的光学效果。例如，这种附加的“光控制层”可以产生色移效果，该色移效果在接近相对于设备的垂直视角(normalangle of viewing)时可见，并且与单独的色移元件相比，能够使得在倾斜设备时看到更多颜色。

然而，尽管这样的设备提供认证能力并且难以伪造，但是仍存在持续不断的要求来进一步提高这种设备的安全性。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种安全设备，包括：色移元件，在不同的视角下呈现不同波长的光；以及至少部分透明的光控制层，覆盖所述色移元件的至少一部分，并且包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸；其中所述光控制层的第一区域包括第一光学特性，由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有合成(resultant)光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第一光学特性的合成；以及所述光控制层的第二区域：(i)是基本无色的以使得来自所述第二区域的所述第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的；或(ii)包括不同于所述第一光学特性的第二光学特性，由此来自所述光控制层的所述第二区域的所述第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。

发明人已经认识到，他们可以提供一种安全设备，该安全设备通过由所述色移元件和具有第一光学特性的所述光控制层提供的光学效果的结合来向查看者提供显著的视觉效果。所述第一和/或第二光学特性可以是以下任何一种：可见色、荧光、冷光(luminescence)和磷光。

通常，所述第一和/或第二光学特性是可见色，并且对设备的查看者产生的合成光学效果是可感知的颜色，其是由所述色移元件所呈现的光的波长与所述光控制层的所述可见色的合成(或“混合”)。设想在可见光的照射下，至少在一个视角下，由所述色移元件呈现的光的波长将在可见光范围内，因此被人的裸眼视为可见色。

呈现给设备的查看者的合成光学效果可以是可感知的颜色，其可以是至少部分地通过荧光、冷光和/或磷光效果呈现的颜色。这是特别有利的，因为仅在非可见光照射(例如红外或紫外线照射)设备的情况下，才可以向设备的查看者呈现合成光学效果。这对于安全应用特别有利。

在整个说明书中，术语“可见色”是指在规定的光照条件下人的裸眼可以看见的颜色。这包括非彩色色相的颜色，例如黑色、灰色、白色、银色等，以及彩色，例如红色、蓝色、黄色、绿色、棕色等。“基本相同”的颜色是指在(人的裸眼进行的)粗略检查中彼此看起来相同的颜色，尽管在仔细检查下可能不完全匹配。按照相同的逻辑，“不同”的颜色是即使没有仔细检查也可以清楚地呈现人的裸眼可见的对比的那些颜色。区别可能在于颜色的色相或色调，或两者都有。

例如，在优选实施例中，如果两种颜色在CIELAB颜色空间(即CIE 1976 L*a*b*颜色空间)中的欧氏距离ΔE*_ab小于3，更优选小于2.3，则它们将被视为彼此基本相同。ΔE*_ab的值使用如下公式计算

其中ΔL*、Δa*和Δb*是两种颜色分别沿L*、a*和b*轴的距离(请参阅G.Sharma(2003)的“数字彩色成像手册(Digital Color Imaging Handbook)”(1.7.2版)，CRC出版社，ISBN 0-8493-0900-X，第30-32页)。相反，如果ΔE*_ab大于或等于3(或者，在更优选的实施例中，大于或等于2.3)，则这两种颜色将被认为是不同的。色差ΔE*_ab可以使用任何市售的分光光度计来测量，例如可从美国弗吉尼亚州雷斯顿的Hunterlab获得的那些。

在整个说明书中，术语“光”是指可见光(见下文)和可见光谱之外的非可见光，例如红外和紫外线辐射。“可见光”是指具有在可见光谱内的大约400-750nm的波长的光。最优选地，可见光是白光，即，以更均匀或更不均匀的比例包含基本上所有可见波长。紫外光谱通常包括大约200nm至大约400nm的波长，而红外光谱通常包括大约750nm至1mm的波长。

尽管本领域技术人员将理解，所述设备的合成光学效果可包括荧光、冷光和/或磷光效果的贡献，但是为了便于理解和解释，下面的描述将集中于所述光学特性是可见色的场景，使得所述合成光学效果是由所述色移元件在特定波长处呈现的颜色与所述光控制层的可见色的结合或“混合”的结果。

通常，所述光学特性将使得所述光控制层的各个区域吸收可见光的特定波长或波长范围，从而使其对查看者呈现彩色(因此可以称为“光学吸收特性”)。然而，所述光控制层保持至少部分透明，这意味着可见光能够穿过它，使得来自所述色移元件的光穿过所述光控制层并到达查看者。术语“部分透明”还可包括“半透明”。如下所述，所述光学特性还可以确定所述光控制层的透明度。为了讨论的目的，并且为了便于解释，我们将具有可见色的光学特性的光控制层的区域称为具有彩色的色调。

表述“表面凹凸”用于指光控制层的朝外表面的非平面部分。所述表面凹凸通常具有多个小面，以限定多个凸起和凹陷。来自所述色移元件的光在所述表面凹凸的成角度的小面与空气之间的界面处折射，并且以此方式，所述光控制层与来自所述色移元件的光相互作用以改变来自所述色移元件的光的角度。本发明的所述表面凹凸通常具有在1-100μm，更优选地5-70μm范围内的间距(例如相邻凸起之间的距离)，并且具有在1-100μm，更优选地5-40μm范围内的结构深度(例如凸起的高度)。所述表面凹凸还使入射在其小面上的光发生折射，改变入射在所述色移元件上的光的角度。

这意味着向查看者呈现的合成颜色是由所述色移元件呈现的颜色和所述光控制层的彩色色调的结合，并且有利地使得所述设备能够利用所述色移元件、所述光控制层的所述表面凹凸和所述光控制层的染色(tinting)的效果呈现许多显著的效果。

所述光控制层覆盖所述色移元件的至少一部分，并且通常位于所述光控制层和所述安全设备的查看者之间。

特别地，第一方面的安全设备包括具有第一和第二区域的光控制层，所述第一和第二区域具有不同的光学特性，使得不同的区域向查看者呈现不同的颜色。此外，由于所述色移元件的作用，每个区域在倾斜所述设备时可以改变颜色。在此，“倾斜”是指所述安全设备的倾斜以便改变视角。

所述光控制层的所述第二区域可以是基本上无色的。换句话说，所述第二区域不包括如上所述的“色调”，并且以特定视角从所述第二区域呈现的效果是由于所述色移元件和所述第二区域的表面凹凸的结合。换句话说，不存在与所述光控制层的所述第一区域相同的颜色“混合”。

可替代地，所述光控制层的所述第二区域可以包括与所述第一光学特性不同的第二光学特性。在一些实施例中，所述第一光学特性使得所述第一区域呈现第一可见色，并且所述第二光学特性使得所述第二区域展现出不同的第二可见色。例如，所述光控制层的所述第一区域可以呈现黄色调，而所述光控制层的所述第二区域可以呈现红色调。当与色移元件结合使用时，其中所述色移元件在倾斜时呈现红色到绿色的色移(即，在垂直视角下为红色，在倾斜时为绿色)，则在第一(垂直)视角下，由于红光和黄光的结合，所述第一区域将呈现橙色，由于来自所述色移元件的红光和所述光控制层的所述第二区域的红色调的结合，所述第二区域将呈现深红色。

当考虑在倾斜设备时所呈现的效果时，首先考虑没有所述光控制层的染色时所呈现的效果是有帮助的。在倾斜时，由于存在所述光控制层，通常会被全内反射并且对于查看者不可见的来自所述色移元件的蓝光实际上现在对查看者是可见的。因此，所述光控制层的存在使得呈现红色到绿色到蓝色的色移，而不是在单独设置这种色移元件时将从其观察到的简单的红色到绿色的色移。将此与所述光控制层的所述第一和第二区域的染色相结合，我们可以看到，倾斜设备时所呈现的效果将是所述第一区域呈现蓝绿色(蓝色和黄色光的混合)，所述第二区域呈现紫色(蓝色和红色光混合)。

在一些实施例中，所述第一光学特性是使得所述第一区域和所述第二区域呈现基本相同的可见色，其中所述第一区域的透明度不同于所述第二区域的透明度，使得所述第一区域和第二区域所呈现的合成感知颜色是不同的。例如，所述光控制层的所述第一区域和第二区域都可以呈现黄色，但是所述第一区域中的色调浓度大于所述第二区域中的色调浓度。这将意味着所述第一区域比所述第二区域不那么透明(较低的透明度)，这意味着在所述第一区域中所述色移元件颜色与色调颜色的比率低于第二区域。结果，从所述第一和第二区域向查看者呈现的合成颜色不同。

所述第一和第二光学特性可以是使得所述第一区域和第二区域呈现基本相同波长的荧光、冷光或磷光发射，其中荧光材料、冷光材料或磷光材料的浓度在所述第一和第二区域之间不同。

通常，由于所述色移元件的作用，在第一视角下，来自所述光控制层的所述第一区域的光被感知为具有第一合成颜色，并且在第二视角下，来自所述光控制层的所述第一区域的光被感知为具有与所述第一合成颜色不同的第二合成颜色。类似地，在第一视角下，来自所述光控制层的所述第二区域的光被感知为具有第一合成颜色，并且在第二视角下，来自所述光控制层的所述第二区域的光被感知为具有与所述第一合成颜色不同的第二合成颜色。

如果所述设备被配置为使得在至少一个视角下，所述光控制层的所述第一和第二区域呈现基本上相同的合成颜色，并且在第二视角下，所述第一和第二区域呈现不同的合成颜色，则可以呈现特别显著的效果。例如，如上所述，所述色移元件可以呈现从红色到绿色(以及在与光控制层结合时到蓝色)的色移。如果所述第一区域具有使其呈现红色调的光学特性，并且所述第二区域基本上是无色的，则在垂直视角下，两个区域呈现的合成颜色将为红色。然而，在倾斜时，所述第一区域将呈现紫色(来自所述色移元件的蓝光和来自所述光控制层的红色的结合)，所述第二区域将呈现蓝色，因为来自所述色移元件的蓝光通过无色区域可见。这种“隐藏图像”效果特别显著，并提高了设备的安全性。当所述第二区域包括所述第二光学特性时可以实现类似的效果，其中所述第一和第二区域具有不同的透明度。

在优选的实施例中，所述第一和/或第二区域限定标记，并且这在如上所述的“隐藏图像”应用中特别有利。通常，此类标记至少包括数字、字母、几何形状、符号、图像、图形或字母数字文本。

所述光控制层的所述第一区域和第二区域可以基本上彼此邻接或者可以间隔开。在它们间隔开的情况下，可以将所述光控制层的所述第一区域和第二区域之间的区域描述为光控制层的“非功能性”区域，其中该区域基本上不改变来自所述色移元件的光的角度。因此，所述非功能性区域可以包括光控制层材料中基本上与所述色移元件的平面平行的基本平坦的部分(即，不包括表面凹凸)，或者可以不包括光控制层材料，使得所述色移元件暴露在所述第一和第二区域之间。在第二种情况下，所述第一和第二区域仍然是同一光控制层的一部分。通过非功能性区域隔开的所述第一和第二区域的使用提供了呈现进一步的着色效果的能力。

为了使所述安全设备呈现进一步的显著效果，所述光控制层还可以包括第三区域，所述第三区域：(i)是基本无色的以使得来自所述第三区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的；或者(ii)包括不同于所述第一光学特性和第二光学特性的第三光学特性，由此来自所述光控制层的第三区域的所述第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第三光学特性的合成。

根据本发明的第二方面，提供了一种安全设备，包括：色移元件，在不同的视角下呈现不同波长的光；至少部分透明的光控制层，覆盖所述色移元件的至少一部分，并且包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸；以及光学特性层，位于所述色移元件与所述光控制层之间，或者位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远侧，其中所述光学特性层的至少第一区域包括第一光学特性，使得其在基本所有视角下都呈现第一光学效果；由此来自所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有第一光学效果，所述第一光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第一光学特性的合成。

本发明的第二方面利用与第一方面相同的发明原理，其中向查看者呈现的最终合成光学效果是在特定视角下由于所述色移元件和所述所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与包括光学特性的另一元件的合成。在这种情况下，并非由光控制层的材料包括第一光学特性，而是所述设备包括至少部分透明的光学特性层，其至少第一区域在基本上所有视角下均呈现第一光学效果。换句话说，可以看到所述光学特性层的所述第一区域呈现“统一的”或“均匀的”光学效果，例如在所有视角下呈现相同的颜色。

所述光学特性层通常至少部分地覆盖所述色移元件(至少部分与其重叠)。换句话说，所述光学特性层通常覆盖所述色移元件的至少第一区域。

以与第一方面类似的方式，尽管所述第一光学特性可以是以下任意一种：可见色、荧光、冷光和磷光，但是为了便于描述和解释，我们将集中于第一光学特性是可见色(并因此称为“光学吸收特性”)。

在一些实施例中，所述色移元件是至少部分透明的(例如液晶元件)，并且所述光学特性层位于所述色移元件和所述光控制层之间，或者位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远侧。在所述色移元件至少部分透明的情况下，所述光学特性层可以是基本不透明的或至少部分透明的。在所述光学特性层基本不透明的情况下，其位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远侧，使得向查看者呈现的合成光学效果仍将是所述光学特性层以及在该视角下所述色移元件和所述表面凹凸的结合呈现的光学效果的合成。

所述光学特性层可包括油墨层，或包括聚合物层，例如聚碳酸酯、PET或BOPP。为了提供所述光学特性层的染色区域，用于实现所述光学特性的材料的示例包括施加到聚合物树脂上的常规染料或颜料。用于使聚合物材料染色/着色(tinting/colouring)的此类方法在本领域中是众所周知的。着色剂的一个示例范围是BASF

产品系列。

所述安全设备的衬底(例如，聚碳酸酯、PET或BOPP衬底)可以用作所述光学特性层。示例可以包括至少部分透明的、带有彩色“色调”的聚碳酸酯，或者是例如来自CPFilms公司(伊士曼化学公司的子公司)的深色染色的PET或BOPP膜。

可用于本发明的典型衬底厚度在10-200微米的范围内，更优选15-100微米，甚至更优选15-40微米。

术语“部分透明”在此具有与上述相同的含义，在其中可见光能够穿过着色层。术语“部分透明”可以包括“半透明”。术语“基本不透明”在这里是指可见光不能穿过不透明层。

在其它实施例中，所述色移元件是基本不透明的(例如，光学可变颜料)，并且所述光学特性层是至少部分透明的并且位于所述色移元件和所述光控制层之间。

在一些实施例中，所述光学特性层包括第二区域，所述第二区域具有第二光学特性，使得所述第二区域在基本上所有视角下都呈现与所述第一光学效果不同的第二光学效果。

与上述所述光控制层的所述第一区域和第二区域的描述类似，使用包括具有不同光学特性的第一区域和第二区域的光学特性层为查看者提供了显著的效果，其中所述设备将呈现具有不同光学效果的不同区域。当所述光学特性层的所述第一区域和/或第二区域限定标记时，这是特别有利的。

类似于以上关于本发明的第一方面所描述的，在所述光学特性层至少部分透明的一些实施例中，所述第二区域包括与所述光学特性层的所述第一区域的透明度不同的透明度。在这种情况下，所述第一和第二区域将呈现不同的合成颜色，这是由于不同的透明度引起的来自所述色移元件和所述着色层的颜色“混合”水平不同。

所述第一和第二光学特性可以是使得所述第一区域和第二区域呈现基本相同波长的荧光、冷光或磷光发射，其中荧光材料、冷光材料或磷光材料的浓度在所述第一和第二区域之间不同。

通过使用具有与本发明的第一方面中所述的类似的光学特性的光控制层，可以实现进一步显著的视觉效果和提高的安全等级。因此，在一些实施例中，所述光控制层至少包括第一区域，所述第一区域包括光控制层光学特性。优选地，所述光控制层的所述第一区域对应于所述光学特性层的所述第一区域；由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长、所述光学特性层的所述第一光学特性和所述光控制层光学特性的合成。

在其它实施例中，所述光控制层可以包括具有不同的光控制层光学特性的其它区域，其可以与所述光学特性层和/或所述色移元件协作以便产生进一步的视觉效果。在一些实施例中，所述光控制层可以包括不与所述光学特性层的区域重叠的具有光控制层光学特性的区域，例如，所述光学特性层可以包括“非功能性”或“间隙”区域。来自这种区域的视觉效果将是所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸以及所述光控制层光学特性的结合。

所述光控制层光学特性可以是以下中的任意一种：可见色、荧光、冷光和磷光。

在所述光学特性层和所述光控制层的光学特性是可见色的情况下，向用户呈现的合成光学效果是三种不同效果的结合(或“混合”)：色移元件和光控制层的结合所呈现的颜色、所述光控制层的“色调”和所述着色层的颜色。这有利地允许对所述设备所呈现的视觉效果的精细控制，以及增强的安全性，因为可能的伪造者将难以确定结合起来以形成在各种倾斜角度呈现的合成颜色的精确色彩比率。

这里，在所述光控制层的所述第一区域对应于所述光学特性层的所述第一区域的情况下，通常是指所述光控制层的所述第一区域与所述光学特性层的所述第一区域至少部分地重叠，使得来自所述光学特性层的光在穿过所述光控制层的所述第一区域之后被查看者观察到。

优选地，所述至少部分透明的光学特性层的至少所述第一区域限定标记。

根据本发明的第三方面，提供了一种安全设备，包括：色移元件，在不同的视角下呈现不同波长的光；至少部分透明的光控制层，覆盖所述色移元件的至少一部分，并且包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸；以及基本不透明层，具有第一光学特性，位于所述色移元件和所述光控制层之间，并覆盖所述色移元件的第一区域；其中所述光控制层的第一区域包括第二光学特性，由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为：(i)当所述光控制层的所述第一区域与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果为所述第一光学特性和所述第二光学特性的合成；或(ii)当所述光控制层的所述第一区域不与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果为在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。

所述第一光学特性可以是以下任一种：可见色、荧光、冷光和磷光。类似地，所述第二光学特性可以是以下任一种：可见色、荧光、冷光和磷光。

术语“基本不透明”在这里是指可见光不能穿过所述不透明层。因此，在所述光控制层的所述第一区域与所述不透明层重叠的情况下，来自所述色移元件的光不能穿过所述不透明层，并且向查看者呈现的合成光学效果是所述不透明层和所述光控制层的所述第一区域的光学特性的合成(或“混合”)。

在所述基本不透明层不与所述色移元件重叠的情况下，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。可以有利地利用这种效果，使得基本不透明的区域覆盖所述色移元件的第一部分以限定标记。优选地，由于所述基本不透明区域和所述色移元件之间的重叠，所述标记作为不同颜色的区域呈现给所述安全设备的查看者。

在一些实施例中，所述光控制层的第二区域基本上是无色的，使得来自所述第二区域的第一视角下的光被感知为：(i)当所述光控制层的所述第二区域与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果为所述第一光学特性的合成，或者(ii)当所述光控制层的所述第二区域不与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长的合成。所述光控制层的所述第一和第二区域可以都与所述不透明层的相同部分重叠和/或可以都与所述色移元件的相同部分重叠。

优选地，所述基本不透明层覆盖所述色移元件的第一部分以限定标记，并且由于所述基本不透明层和所述色移元件之间的重叠，所述标记通常作为不同光学效果的区域呈现给所述安全设备的查看者。

通常，所述不透明层的光学特性基本上在所有视角下都呈现出来。

在一些优选实施例中，所述基本不透明层的第一光学特性是基本上对应于由所述色移元件在第一视角下呈现的光的波长的可见色，使得在所述第一视角下，所述设备呈现基本统一的颜色，并且在与第一视角不同的第二视角下，所述设备呈现至少与所述不透明层覆盖的所述色移元件的所述第一区域相对应的不同颜色区域。该特征有利地使用了所述色移元件的可变性质，以允许设备能够在倾斜时显示“隐藏图像”。例如，如果在第一视角下所述色移元件呈现红色，则可以使所述不透明层具有基本相同的红色。随后，在所述光控制层的第一区域既覆盖所述不透明层又覆盖暴露的色移元件的情况下，从所述设备的两个区域向查看者呈现的合成颜色将是相同的，从而产生统一的颜色。然而，在所述设备倾斜时，所述色移元件将呈现不同的颜色，这意味着所述色移元件的暴露区域将呈现与所述不透明层区域所呈现的颜色不同的合成颜色(因为来自所述色移元件的光无法通过所述不透明区域)。以这种方式，如果设置所述不透明层以限定标记，则仅在倾斜所述设备时才显示标记，从而为查看者提供显著的视觉效果。

所述基本不透明层可包括油墨层，或包括聚合物层，例如聚碳酸酯、PET或BOPP。为了提供所需的不透明层的不透明性，用于实现所述光学特性的材料的示例包括常规的染料或颜料，并且这些使聚合物材料着色的方法在本领域中是众所周知的。着色剂的一个示例范围是BASF

产品系列。

所述安全设备的衬底可以充当所述基本不透明层。

在上述第一、第二和第三方面中的任何一个中，表述“色移元件”用于表示可以选择性地反射或透射入射光以产生光学可变效果的任何材料，特别是与角度相关的彩色反射或透射。设想在可见光照射下，至少在一个视角下，由所述色移元件呈现的光的波长(或波长范围)将在可见光范围内，并因此作为可见色被人的裸眼看见。在非可见光照射下，由所述色移元件呈现的光的波长(或波长范围)可以在非可见光范围内。

这种色移元件的例子包括光子晶体、液晶、干涉颜料、珠光颜料、结构化干涉材料、或包括Bragg堆的薄膜干涉结构。用于所述色移元件的特别合适的材料是液晶膜。所述色移元件通常是所述安全设备的一层。

通常，所述色移元件可以是基本不透明的或部分透明的(上面已经描述了各种示例)。部分透明的色移元件(例如液晶膜)透射至少一些入射到其上的光，并提供反射光学效果。基本不透明的色移元件的示例是光学可变颜料。具有在两种不同颜色之间的色移(其中该色移取决于视角)的光学可变颜料是众所周知的。这些颜料的生产、它们的用途及特征尤其在US-B-4434010、US-B-5059245、US-B-5084351、US-B-5135812、US-B-5171363、US-B-5571624、EP-A-0341002、EP-A-0736073、EP-A-668329、EP-A-0741170和EP-A-1114102中得到描述。具有与视角相关的色移的光学可变颜料是基于具有不同光学特性的叠置的薄膜层的堆叠。这种薄膜结构的色相、色移量和色度尤其取决于构成层的材料、层的顺序和数量、层的厚度以及生产工艺。通常，光学可变颜料包括不透明的全反射层、沉积在所述不透明层顶部上的低折射率材料(即，折射率为1.65或更小)的介电层和施加在所述介电层上的半透明部分反射层。

可以以反射或透射的方式查看所述安全设备。如果打算以反射方式查看所述设备并且所述设备包括部分透明的色移元件，例如液晶膜，则优选的是，所述安全设备还包括吸收元件，其位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远端(即，使得所述色移元件位于所述光吸收材料与查看者之间)并且可操作以至少部分地吸收透射通过所述色移元件的光。这种位于所述色移元件下方的光吸收元件基本上吸收透射通过所述色移元件的光，并且从所述色移元件反射的光占主导。在使用基本不透明色移元件的情况下，不需要这种吸收元件。在一些实施例中，可以以标记的形式提供这种吸收元件，使得当以反射方式查看时，色移元件以标记的形式可见。

上面描述的第一、第二和第三方面都涉及包括表面凹凸的光控制层。所述光控制层可以在单独步骤中形成，例如通过压印、挤出或流延固化工艺形成。通常提供压印模具，其具有与所期望的光控制层相对应的表面结构。所述光控制层通常包括UV可固化材料。合适的UV可固化材料可以包括聚合物材料，其通常可以是两种类型的聚合物树脂之一，即：

a)自由基固化树脂，其通常是不饱和树脂或单体、预聚物、低聚物等，包含例如乙烯基或丙烯酸酯不饱和基团，并且通过使用由所采用的辐射源(例如UV)活化的光引发剂而交联。

b)阳离子固化树脂，其中开环(例如，环氧类型)是使用光引发剂或催化剂进行的，所述光引发剂或催化剂在所采用的辐射源(例如UV)下产生离子实体。开环后是分子间交联。

用于实现固化的辐射通常是UV辐射，但取决于材料、其吸收率和所使用的工艺，可以包含电子束、可见光、甚至红外线或更高波长的辐射。合适的可固化材料的示例包括基于UV可固化丙烯酸的压花清漆或基于其它化合物例如硝化纤维素的那些材料。合适的UV可固化漆是来自Kingfisher油墨有限公司的产品UVF-203或购自新泽西州Norland产品公司的光敏聚合物NOA61。

所述可固化材料可以是弹性体的，因此柔韧性增加。合适的弹性体可固化材料的示例是脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯(具有合适的交联添加剂，例如聚氮丙啶)。

设想了光控制层的许多不同的表面凹凸。例如，所述表面凹凸可以包括两个或更多个线性微棱镜阵列，其中一个阵列的长轴从另一阵列的轴成角度地偏移。包括这种表面结构的光控制层将提供旋转光学效果以及取决于安全设备的倾斜角的色移效果，其中所述旋转效果取决于相对于所述线性微棱镜阵列的查看方位角。当在垂直于所述阵列长轴的方位角方向而不是平行于所述阵列长轴的方位角方向查看设备时，由所述微棱镜阵列的存在而引起的光学效果将更容易观察到。

设想了其它形式的微棱镜结构，例如包括具有不对称结构或重复的小面结构的微棱镜结构。

微结构可以是一维微结构。“一维”是指主要在相对于单个微结构的一个旋转查看方向(通常垂直于微结构的长轴)上观察到由微结构提供的光学效果。然而，还设想了包括二维微结构的表面凹凸，其中由于微结构的存在可以很容易地在两个或更多个旋转查看方向上观察到光学效果。这种二维微结构的示例包括角隅棱镜和角锥体结构。可替代地，表面凹凸可以包括具有曲面结构的透镜(lenticular)阵列。

为了提供光控制层的染色区域，用于实现所述光学特性的材料的示例包括施加到聚合物树脂上的常规染料或颜料。用于使聚合物材料染色/着色的此类方法在本领域中是众所周知的。着色剂的一个示例范围是BASF

产品系列。

以类似的方式，可以将合适的荧光材料、冷光材料或磷光材料施加到光控制层材料(并且在适当的情况下施加到光学特性层或不透明层)，以实现期望的荧光材料、冷光材料或磷光材料的光学特性。

根据本发明的第四方面，提供了一种安全物品，包括根据第一、第二或第三方面中任一项所述的安全设备，其中所述安全物品优选地是安全线、条、贴片、标签、转印箔或聚合物衬底。在实施例中，诸如聚碳酸酯、PET或BOPP的聚合物衬底可以以与上述类似的方式充当光学特性层或基本不透明层。可用于本发明的典型衬底厚度在10-200微米的范围内，更优选15-100微米，甚至更优选15-40微米。

根据本发明的第五方面，提供了一种安全文件，包括根据第四方面所述的安全物品，或根据第一、第二或第三方面中任一项所述的安全设备。所述安全设备或物品可以位于所述文件的透明窗口区域中，或作为窗口线***，或粘附在所述文件的表面上。在所述安全物品是聚合物衬底的情况下，所述聚合物衬底通常是用于安全文件(例如护照或身份证)的数据页的叠层。另一种情况是所述聚合物衬底可以是聚合物钞票的衬底，即所述安全设备直接形成在所述聚合物钞票衬底上。所述安全文件优选地包括钞票、身份文件、护照、支票、签证、执照、证书或邮票。

根据本发明的第六方面，提供了一种制造安全设备的方法，所述方法包括：提供至少部分透明的光控制层，以便覆盖在不同视角下呈现不同波长的光的色移元件的至少一部分；其中所述光控制层包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸，并且进一步地，其中所述光控制层的第一区域包括第一光学特性，由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第一光学特性的合成；以及所述光控制层的第二区域：(i)是基本无色的以使得来自所述第二区域的所述第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的；或(ii)包括不同于所述第一光学特性的第二光学特性，由此来自所述光控制层的所述第二区域的所述第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。

根据本发明的第七方面，提供了一种制造安全设备的方法，所述方法包括：提供至少部分透明的光控制层，所述光控制层覆盖在不同的视角呈现不同波长的光的色移元件的至少一部分；其中所述光控制层包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸，并且其中所述方法还包括：提供光学特性层，所述光学特性层位于所述色移元件与所述光控制层之间，或者位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远侧，其中所述光学特性层的至少第一区域包括第一光学特性，使得其在基本所有视角都呈现第一光学效果；由此来自所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有第一光学效果，所述第一光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第一光学特性的合成。

根据本发明的第八方面，提供了一种制造安全设备的方法，所述方法包括：提供至少部分透明的光控制层，所述光控制层覆盖在不同的视角呈现不同波长的光的色移元件的至少一部分，其中所述光控制层包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸，并且其中所述方法还包括：提供基本不透明层，其具有第一光学特性，位于所述色移元件和所述光控制层之间，并覆盖所述色移元件的第一区域；其中所述光控制层的第一区域包括第二光学特性，由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为：(i)当所述光控制层的所述第一区域与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果为所述第一光学特性和所述第二光学特性的合成；或(ii)当所述光控制层的所述第一区域不与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果为在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。

第六、第七和第八方面的方法的所得设备提供了上面已经描述的益处。

在第六、第七和第八方面的每个方面中，所述色移元件可以包括以下之一：光子晶体结构、液晶材料、干涉颜料、珠光颜料、结构化干涉材料、或薄膜干涉结构，例如Bragg堆。

通常，通过压印、挤出或流延固化中的一种来提供所述光控制层。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的示例，其中：

图1a和1b是在有和没有光控制层的情况下入射在色移元件上的光的效果的示意性截面图；

图2a和2b示出了根据本发明一个示例性实施例的安全设备；

图3a和3b示出了根据本发明一个示例性实施例的安全设备所呈现的视觉效果；

图4示出了本发明的另一示例安全设备；

图5a和5b示出了根据本发明一个实施例的安全设备所呈现的视觉效果；

图6a和6b示出了根据本发明的另一示例性安全设备及其相关的视觉效果；

图7和图8示出了根据本发明示例性实施例的另外的安全设备，并且图9a和图9b示出了相关的视觉效果；

图10a和10b示出了根据本发明的一个示例性安全设备及其相关的视觉效果；

图11a和11b示出了根据本发明的一个示例性安全设备及其相关的视觉效果；

图12示出了根据本发明的另一示例性安全设备；

图13和图14示意性地示出了根据本发明的制造安全设备的示例方法；

图15-图18示出了示例有价文件以及将安全设备集成到这些有价文件中的方法；

图19和20示出了集成在有价文件内的安全设备的具体示例，以及所呈现的视觉效果；

图21a、图21b和图22示出了集成有根据本发明的安全设备的示例性聚合物衬底；

图23-图30是可在根据本发明的安全设备的光控制层中使用的各种表面凹凸的俯视图；以及

图31示出了根据本发明一个示例性实施例的另一安全设备。

具体实施方式

如以上在发明内容部分中概述的，光控制层、光学特性层或基本不透明层的光学特性可以是可见色、荧光、冷光和磷光之一。在下面的描述中，为了便于描述，我们将集中于光学特性是可见色，但是技术人员将理解使用荧光、冷光和/或磷光效果的可能性。

图1a和图1b描绘了在色移元件上方设置具有表面凹凸的光控制层的效果的一般原理。图1a是入射在色移元件10上的光的效果的示意性截面图。在本发明中，所有类型的色移材料都可以用作色移元件，尤其包括光子晶体、液晶、干涉颜料、珠光颜料、结构化干涉材料、或薄膜干涉结构(包括Bragg堆)。

当光照射到色移元件10时，一些光被反射。反射光的波长取决于色移材料10的结构和组成，并且反射光将对查看者50呈现彩色。反射光的波长还取决于入射角，这导致当色移层倾斜时查看者50感知到颜色变化。

在图1a中通过分别以入射角θ₁、θ₂和θ₃示出的光线1、3和5示意性地示出了色移元件10的光学效果，其中θ₁＜θ₂＜θ₃。由于色移元件10的色移特性，以入射角θ₁入射到色移元件10上的光将对查看者50呈现红色(R)，以入射角θ₂入射的光将呈现绿色(G)。在更大的入射角θ₃下，由色移元件10反射的光将具有与蓝色(B)相对应的波长，但是将被全内反射，因此查看者无法观察到。因此，色移材料10在被查看并且倾斜远离垂直视角时将呈现红色到绿色的色移。通常，当以更锐角的角度被查看时，色移材料将呈现从较长波长光到较短波长光的变化(这里是红色到绿色)。然而，技术人员将理解，在一些其它情况下，可能呈现从较短波长到较长波长的变化。

可以以反射或透射方式查看色移元件10。以反射方式查看的情况下，期望在色移元件10下方放置深色吸收层或元件(以12示出)，以便吸收透射的光。这在色移元件对可见光部分透明(例如胆甾型液晶层)的情况下是特别有益的。如果使用基本不透明的色移元件(例如，包含光学可变颜料的印刷油墨)，则不需要吸收层12来查看反射光。

图1b示出了放置成与色移元件10的顶表面接触的光控制层20，使得光控制层20位于色移元件10和查看者50之间。光控制层优选地具有微棱镜结构(这里是对称的线性三角形微棱镜20a、20b、20c的阵列，微棱镜20a、20b、20c具有与色移元件10成角度α的等长小面22、24，并且具有延伸到页面平面内的长轴)，该微棱镜结构具有一系列大体分别在26和28处示出的凸起和凹陷，并且光控制层包括至少部分透明的材料以使得光能够穿过它。如图1b中的光线所见，光控制层使入射到色移元件10以及从色移元件10反射的光发生折射。更具体地，在更接近垂直视角的角度观察到红色到绿色的色移。此外，由于色移元件10与光控制层20之间的折射率差小于色移元件10与空气之间的折射率差并且由于光控制层的成角度的小面，所以蓝光不再由光控制层全内反射而是能被查看者观察到，如图1b中标记为B的光线所示意性示出的。因此，如图1b中所示光控制层20的存在使得在倾斜时对查看者呈现红色到绿色到蓝色的色移效果，并且与单独的色移元件10相比，该效果可在更接近垂直视角时被观察到。

当该设备在垂直于光控制层的微棱镜的长轴的方向上被查看并且沿基本平行于微棱镜的长轴的轴倾斜时，光控制层的光改性特性最为明显。

图2a是根据本发明第一示例实施例的安全设备100的截面图。设备100包括由光控制层20部分覆盖的色移元件10。在这种情况下，色移元件10是液晶元件，其在倾斜(即，视角从θ1变为θ2)时呈现红色到绿色的色移。液晶是部分透明的，并且当打算以反射的方式查看设备100时，吸收层12用于吸收透射通过色移元件的光。

光控制层20包括限定了如图1a和1b所述的表面凹凸的多个线性微棱镜20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g。微棱镜20a、20b、20f和20g基本上是无色的，并且限定了功能区域A1和A2。微棱镜20c、20d和20e均包括第一光学特性并呈现黄色调。微棱镜20c、20d和20e限定功能区域B，并且至少部分透明，使得来自色移元件10的可见光可以穿过它们。色移元件的未被光控制层20覆盖的区域被标记为区域C。图2b在平面图中示出了设备100的布置。

将参照图2a中所示的两个视角θ1和θ2来解释设备100呈现的视觉效果。视角θ1是基本垂直(normal)的视角，并且单独的色移元件10将呈现红色。视角θ2是非垂直视角(或查看者保持静止状态下设备的等效倾斜)。单独设置时，色移元件10将在视角θ2下呈现绿色。

在图3a中示意性地示出了设备100以视角θ1向查看者呈现的视觉效果。在角度θ1下，色移元件呈现红色。因此，由于区域A1和A2中微棱镜的无色性质，区域A1、A2和C都呈现红色。在垂直视角θ1下，光控制层20的表面凹凸对所呈现的颜色的影响最小。然而，由于区域B的黄色调，来自色移元件的红光与区域B中的微棱镜的黄色叠加地混合，从而得到合成的橙色。因此，当以垂直入射查看时，设备100呈现由红色包围的橙色区域(B)。这在图3a中通过不同的阴影示意性地示出。

在使设备倾斜(即，以视角θ2查看)时，由于色移元件10呈现绿色，区域C将呈现绿色。然而，如以上参考图1b所解释的，区域A1和A2的微棱镜20a、20b、20f、20g意味着，来自色移元件的通常将被全内反射的蓝光(如在区域C中)现在在区域A1和A2中被呈现，使得区域A1和A2呈现蓝色。此外，由于色移元件和光控制层的表面凹凸的效果得到的蓝光与黄色调的结合，区域B现在呈现蓝绿色。因此，在视角θ2下产生的效果是，区域A1和A2呈现蓝色，区域B呈现蓝绿色，区域C呈现绿色。这通过不同的阴影示意性地在图3c中示出。应该注意的是，不同的阴影不对应于某些颜色或表面凹凸方向，仅用于区分不同颜色的区域。

此外，将理解的是，在所有附图中，每个区域中的微棱镜的数量仅出于说明的目的，并且实际上，区域内的微棱镜或其它结构的数量将大于在此示出的数量。

可以理解的是，由于颜色的改变，在倾斜设备时向查看者呈现显著的视觉效果。一个特别令人关注的效果是，区域A1、A2和C在垂直查看时将无法区分，但是在倾斜设备时会显示不同的颜色。如果区域A1和A2中的至少一个定义了标记(例如数字、字母、几何形状、符号、图像、图形或字母数字文本)，则这种效果将特别有效。这样的标记仅在将设备从垂直视角倾斜到更锐角时才显露出来。

在上述示例中，区域A1和A2的微棱镜基本上是无色的，从而使得通过所述棱镜可以看到来自色移元件的光，而颜色没有任何实质性变化。然而，区域A1和A2的微棱镜可以包括光学特性，使得它们呈现彩色的色调。例如，区域A1和A2的微棱镜可呈现红色调。在这种情况下，在视角θ1下，区域A1和A2将显示为深红色。但是，在倾斜设备时，由于蓝光和红光的结合，区域A1和A2将呈现紫色。当然，区域A1和A2的微棱镜可以包括不同的光学特性，使得它们呈现不同的彩色色调(或者一个区域基本上是无色的，而另一区域具有彩色的色调)。

在图3a和3b所示的示例中，光控制层的不同功能区域被示为基本彼此邻接。然而，如图4所示，设想光控制层可替代地或另外地包括两个或更多个间隔开的区域。具体地，图4示出了一个示例安全设备110，其包括色移元件10和包括三个区域(标为A、B和C)的光控制层20。每个区域包括线性微棱镜阵列，并且这些区域沿垂直于微棱镜长轴的方向被间隙区域15隔开。间隙区域15可以包括色移元件的暴露区域，或者可替代地，可以包括材料的“非功能性”区域(即具有与色移元件基本平行的平坦表面，而不是如功能区域A、B、C中的表面凹凸)，以使来自色移元件的光的角度在间隙区域中基本没有改变。在功能区域间隔开的情况下，功能区域仍被认为是同一光控制层的一部分。

图5a以平面图示出了一个示例安全设备120，包括色移元件10、光控制层20，光控制层20包括线性微棱镜阵列，该线性微棱镜阵列以与图2和图3中相同的方式限定了三个功能区域(此处为A、B和C)。在这种情况下，每个功能区域的微棱镜具有光学特性，使得它们吸收基本上相同波长的光(并因此呈现相同的颜色)；然而，每个区域的光吸收水平不同，使得每个区域的透明度不同。例如，如阴影所示，区域A对可见光最透明，而区域C对可见光最不透明。因此，从色移元件通过每个区域的微棱镜到达查看者的光量不同，从而赋予每个区域呈现的不同的合成颜色。

在该示例中，假设色移元件在垂直视角θ₁下呈现红外(IR)光(即显示为黑色)，并且在倾斜和以视角θ₂查看时显示红光，并且光控制层20的每个功能区域呈现蓝色调，但区域A的透明度大于区域B，区域B的透明度大于区域C。在垂直视角θ₁时，如图5a所示，设备的区域D将显示为黑色，区域A将呈现深蓝色，区域B将呈现浅蓝色，区域C将呈现更浅的蓝色。

图5b示意性地示出了倾斜设备并在θ2下查看的效果，其中功能区域A、B和C的不同阴影图案表示不同的呈现颜色。设备的功能区域A、B和C都将呈现由来自色移元件的红光和来自有色微棱镜的蓝光结合而合成的颜色。但是，由于每个区域中微棱镜的透明度不同，这些结合将具有不同的比率。具体地说，功能区域A将呈现褐红色，功能区域B将呈现紫色，功能区域C将呈现靛蓝色。换句话说，随着微棱镜的透明度降低，合成颜色中蓝色与红色的比率从区域A到C增大。区域D(即暴露的色移元件)在视角θ2下显示为红色。

在色移元件至少部分透明(例如胆甾型液晶层)的情况下，吸收层12可以有利地被图案化以限定标记。在图6a和6b中示出了这种效果，图6a和6b示出了根据本发明一个示例实施例的安全设备130。图6b以平面图示出了该设备，图6a以沿X-X′的截面示出了该设备。在此，对吸收层进行图案化，以限定由暗光吸收材料12a包围的、由吸收层中的间隙区域12b限定的圆形区域B。在该示例中，色移元件包括呈现红色至绿色色移的胆甾型液晶层。与吸收层12的暗区域12a(对应于区域A)完全重叠的光控制层的微棱镜20a、20b、20f和20g基本上都是无色的，并且与间隙区域12b(对应于区域B)完全重叠的微棱镜20c、20d、20e呈现红色调。

如图6b所示，在垂直查看θ1下，区域A和B都呈现红色，并且基本上不能相互区分。由于在θ1下来自色移元件10的红色在反射中通过无色微棱镜可见，因此区域A呈现红色。由于区域B中的微棱镜的红色调，区域B呈现红色。然而，当设备倾斜时，色移元件结合光控制层的表面凹凸而呈现蓝色。这在反射中通过区域A的无色微棱镜是可看得见的。但是，由于吸收层12中的间隙区域12b，色移元件的这种效果在反射中不可见，因此区域A保持红色。倾斜时颜色的这种变化给查看者带来显著的效果。

在以上实施例中，光控制层的微棱镜结构包括光学特性，其使得它们看起来具有彩色的色调。但是，如图7所示意性示出的，根据本发明的安全设备140可以包括位于色移元件和光控制层之间的至少部分透明的着色层(为便于说明，将其称为“染色的着色层(tinted coloured layer)”)。图7示出了设备140，其包括色移元件10、光控制层20和染色的着色层14，染色的着色层14包括位于色移元件和光控制层之间的两个区域14a、14b。区域14a、14b在横向上间隔开，以便在14c所示的染色的着色层中限定间隙区域。如上述的先前示例中那样，光控制层20包括线性微棱镜的阵列。在图7所示的示例中，色移元件是部分透明的，因此使用了吸收层12，以便可以以反射方式查看该设备。然而，在染色的着色层14位于色移元件和光控制层之间的情况下，可替代地，可以使用基本不透明的色移元件，而不需要吸收层。在该示例中，光控制层的微棱镜基本上是透明的和无色的。

区域14a、14b中的每一个是至少部分透明的，这意味着来自色移层的光能够通过。这些区域可以呈现相同的颜色，或者可以呈现不同的颜色和/或透明度。为了便于描述，让我们假设区域14a和14b具有相同的光学特性，使得它们在所有视角下都呈现相同的黄色，并且具有相同的透明度。我们还假设色移元件10在倾斜时表现出红色至绿色的色移，这一点由于设备140中存在光控制层而被改变为红色到绿色到蓝色的色移。因此，在垂直视角θ1，区域A将呈现橙色(红色和黄色光的合成)，区域B将呈现红色(通过间隙区域16可见)，并且与区域A相同，区域C将呈现橙色。但是，在倾斜设备并以θ2的角度查看时，区域A和C将呈现蓝绿色(蓝色和黄色光的合成)，而区域B将呈现蓝色。通常，利用设备在区域A、B和C处呈现的外观的这种差异，使得设备呈现由不同颜色的区域限定的标记，该标记采用由染色的着色层限定的标记的形式(即形状)。

图8示出了一个可替代实施例，其中染色的着色层14位于色移元件10和吸收层12之间。在这种情况下，色移元件10是至少部分透明的，这意味着来自染色的着色层14的光透射通过色移元件。染色的着色层14的区域14a、14b的横向布置与图7中所见的相同，因此，向设备140和150的查看者呈现的总体效果是相同的(如图9a和9b所示)。

图9a以平面图示出了当以视角θ1查看时，设备140和150中的任一个所呈现的总体效果(图7和图8是沿X-X′截取的截面)。不同的阴影图案突出显示了区域A和C呈现的橙色，以及区域B呈现的不同的红色。图9b示出了以视角θ2查看时设备140、150的总体效果。此处，阴影差异表示在倾斜设备时区域的颜色变化，以及区域A、B和C的颜色差异。如上所述，在视角θ2下，区域A和C呈现蓝绿色，区域B呈现蓝色。

此处，设置了染色的着色层以定义简单标记，例如可以使用合适的颜色来呈现国旗。然而，将意识到，可以通过以合适的形式提供着色层来生成更复杂的标记，例如字母数字文本或图像。

此外，在图7-9中描述的实施例中，光控制层是基本上透明的和无色的，使得从设备的区域向查看者呈现的合成颜色是色移元件和着色层存在(或不存在)的合成。将理解的是，光控制层的至少一个(通常是一个区域)微棱镜可以包括光学特性，使得其呈现彩色的色调。色移元件、染色的着色层和至少部分着色的光控制层的结合可以产生由该设备呈现的其它令人关注的着色效果，并且可以提供对呈现给查看者的最终合成颜色的改进控制。在图31中示出了一个示例，其示出了一个示例性安全设备155。

设备155的结构类似于图7中所示的设备140的结构。设备155包括色移元件10、光控制层20和染色的着色层14，染色的着色层14包括位于色移元件与光控制层之间的两个区域14a、14b。区域14a、14b在横向上间隔开，以便在染色的着色层中限定间隙区域(或“非功能性”区域)14b和14c。在图31所示的示例中，色移元件是部分透明的，因此使用了吸收层12，以便可以以反射方式查看该设备。然而，通过设置位于色移元件和光控制层之间的染色的着色层14，可替代地，可以使用基本不透明的色移元件，而不需要吸收层。

在该示例中，部分透明的染色的着色层具有黄色色调，并且微棱镜20a、20b、20g和20h也具有光学吸收特性，使得它们呈现黄色调。微棱镜20c、20d、20e和20f基本上是无色的。色移元件10是红色到绿色的色移元件，其中在单独设置时，对于垂直查看其呈现红色，对于倾斜查看其呈现绿色。因此，在设备155的垂直查看θ1时，由于来自色移元件的红色和微棱镜20a、20h的黄色调的结合，设备的区域A呈现红-橙色；由于来自色移元件的红色与来自层14和微棱镜20b、20g的黄色调的结合，区域B呈现黄-橙色；由于来自色移元件的红色和层14的黄色调的结合，区域C呈现红-橙色，并且由于在区域D中没有黄色调，区域D呈现红色。

倾斜设备并从视角θ2查看时，由于色移层和光控制层的表面凹凸的结合所呈现的蓝色以及微棱镜20a、20h的黄色调，区域A将呈现蓝-绿色；由于色移层和光控制层的表面凹凸的结合合所呈现的蓝色，以及光控制层和微棱镜20b、20g两者的黄色调，区域B将呈现黄-绿色；由于色移层和光控制层的表面凹凸的结合所呈现的蓝色以及层14的黄色调，区域C将呈现蓝-绿色；并且区域D将呈现蓝色。

在该示例中，染色的着色层14和染色的微棱镜都具有相同的色调。然而，在其它实施例中，染色的着色层和染色的微棱镜可以具有不同色调的颜色。

图10a和10b示出了根据本发明另一示例性实施例的安全设备160。图10b以平面图示出了处于两个不同视角θ1和θ2的设备160，图10a示出了设备沿X-X′的截面。首先考虑图10a，安全设备160包括色移元件10、吸收层12、包括如先前实施例所述的线性微棱镜阵列的光控制层20、以及基本不透明的着色层18(“不透明着色层”)。设置不透明着色层18以便仅部分地覆盖色移元件10(在18a处示出)，以圆形区域B的形式限定标记(参见图10b)，其中来自色移元件10的光能够穿过不透明着色层中的间隙区域18b。在此，“基本不透明”是指在不透明着色层与色移元件重叠的地方，来自色移元件的被覆盖区域(10a)的光不透过不透明层。不透明着色层与色移元件重叠的地方限定了设备的区域A。

在本示例中，使用了部分透明色移元件，并且设置了相应的吸收层，使得该设备能够以反射方式查看。然而，应当理解，可以替代地使用基本不透明色移元件。

在本示例中，光控制层的每个微棱镜具有相同的光学特性，使得它们均呈现红色调。基本不透明着色层在基本所有视角都呈现红色，并且色移元件呈现红色至绿色的色移，这一点由于存在光控制层的表面凹凸而被修改为红色至绿色至蓝色的色移。

在垂直入射角(θ1)下，由于色移元件呈现的红色和光控制层的红色调的合成，设备的区域B呈现红色。设备的区域A由于不透明着色区域呈现的红色和光控制层的红色调的合成而呈现深红色。由于着色层18的不透明度与色移元件10相比更大，区域A比区域B更暗。即使如此，查看者在垂直视角θ1也难以辨别区域B处的圆。(设想不透明层18的颜色可以被确定为使得不同区域所呈现的颜色效果至少在一个视角上基本匹配。)这种差异以图10b中区域A和区域B中的不同剖面线密度示出。

倾斜设备160并以视角θ2查看时，区域A将保持基本相同的颜色(因为来自色移设备的可变颜色效果被不透明着色层“阻挡”)。然而，来自色移元件10的光能够穿过不透明着色层中的间隙区域18b，因此在区域B中呈现颜色变化。具体地，在视角θ2下，区域B在深红色背景(区域A)下呈现紫色。紫色源自色移元件和光控制层的表面凹凸的结合所产生的蓝光以及光控制层的红色调的合成。该色差由图10b中的不同阴影示意性表示。

因此，在倾斜设备时，查看者更容易辨别区域B，从而为查看者提供显著的光学效果。

在参照图10a和10b描述的以上示例中，基本不透明着色层在基本上所有视角下都呈现红色，并且在倾斜设备时，区域B变得更易于被查看者辨别。如果基本不透明着色层改为呈现蓝色，则可以提供类似的显著效果，因为在垂直查看(θ1)时，区域B相对于区域A是可辨别的，但在倾斜并以θ2查看时，区域B会“消失”。在这种情况下，在θ1下，区域A在紫色背景下会显示红色，而在θ2下，区域A和区域B都将呈现紫色，因为在θ2下不透明层的蓝色与由于色移元件和光控制层的结合所呈现的蓝色相匹配。

通过设置与不透明层的相同区域重叠的光控制层的染色和非染色区域，可以产生更复杂的效果，这将在下面参考图11a和11b进行说明。

图11a和图11b示出了根据本发明另一示例性实施例的安全设备170，其具有与图31中所示的设备155类似的结构。图11b以平面图示出了设备170在两个不同视角θ₁和θ₂下的平面图，图11a示出了该设备沿X-X'的截面。首先考虑图11a，安全设备170包括色移元件10、吸收层12、包括如先前实施例中所述的线性微棱镜20a、……、20h阵列的光控制层20、以及基本不透明着色层18。设置不透明着色层以仅部分地覆盖色移元件(在阴影区域18a以及间隙区域18b和18c处示出)，并且不透明着色层以环形方式(在图10b中的区域B和C处)设置以限定内部圆形区域D和在环形区域B和C之外限定的区域A。术语“不透明”具有与上文相同的含义。

在本示例中，使用了部分透明的色移元件，并且设置了相应的吸收层，使得该设备能够以反射方式查看。然而，应当理解，可以替代地使用基本不透明的色移元件。

在本示例中，仅对光控制层20的线性微棱镜中的一些进行染色。具体地，(区域A中的)微棱镜20a和20h以及(区域B中的)微棱镜20b和20g具有光学特性，使得它们呈现染色的(在这种情况下为红色)色调。其余的微棱镜基本是透明的和无色的。由于染色棱镜20b和无色棱镜20c都与不透明着色区域18a重叠(微棱镜20f和20g也类似)时，由于这些区域呈现的合成颜色的差异，由不透明着色层限定的环形区域被分成两个环形区域B和C。因此，如图10b所示，该设备呈现四个着色区域A、B、C和D。

假设不透明着色层在基本所有视角都呈现黄色，并且该色移元件与光控制层的表面凹凸相结合，呈现红色到蓝色的色移，那么我们可以考虑设备170呈现的合成颜色。在垂直视角θ1下，区域A将呈现深红色，区域B将呈现橙色，区域C将呈现黄色，区域D将呈现红色(与区域A的深红色略有区别)。在倾斜并以视角θ2查看设备时，由于存在基本不透明层，区域B和C将保持其基本相同的颜色。然而，由于来自色移元件的光能够穿过不透明着色层中的间隙区域18b和18c，因此区域A和D将呈现色移。因此，在视角θ2下，区域D将显示为蓝色，而区域A将显示为紫色(红色和蓝色光的合成)。图10b中的不同阴影示意性地说明了这些颜色差异和变化。

图12示出了根据本发明另一实施例的安全设备180。安全设备180包括：包括如上所述的多个线性微棱镜的光控制层20、部分透明的色移元件10、以及吸收层12。该设备旨在能够以反射方式查看。类似于图6a中描述的设备130，吸收层12被图案化(通常以定义标记)，这由区域12a和12b示出。然而，代替吸收层12中的相应间隙区域，吸收层包括基本不透明的着色区域18a和18b。(尽管该实施例示出了两个不透明着色区域，但是应当理解，可以仅使用一个不透明着色区域。)

由于色移元件10的部分透明的性质，来自不透明着色区域的光能够穿过该色移元件，从而意味着呈现给查看者的合成颜色受到不透明着色区域的影响。

假设色移元件和光控制层的表面凹凸相结合以呈现红色到蓝色的色移，光控制层的每个微棱镜基本上是透明且无色的，并且区域18a和18b在所有视角下均呈现红色和黄色。因此，在垂直视角θ1下，区域A和C将呈现红色，区域B将呈现深红色，区域D将呈现橙色。倾斜设备并以视角θ2查看时，区域A和C将呈现蓝色，区域B将呈现紫色(红色和蓝色光的合成)，区域D将呈现蓝绿色。

为了制造根据本发明的安全设备，首先将吸收层、染色着色层、不透明着色层和色移元件中的每个所需层放置在合适的聚合物载体衬底上，例如PET或BOPP箔或聚碳酸酯。在此，可以使用适合于施加各种层的所有印刷方法，例如凹版印刷、照相凹版、柔版印刷、喷墨印刷、刮刀涂布、幕帘或刮刀技术。随后，如下面将参考图13和图14描述的，施加光控制层。

在其它实施例中，衬底本身可以形成如上所述的染色着色层或不透明着色层；例如，染色聚碳酸酯可以用作衬底，也可以采用例如来自CPFilms公司(伊士曼化学公司的子公司)的深度染色的PET或BOPP膜。典型的衬底厚度在10-200微米的范围内，更优选15-100微米，甚至更优选15-40微米。例如，安全设备可以被合并到聚合物钞票的线中，其中聚合物钞票通常可具有大约75微米的厚度。

为了便于描述，我们将考虑(图2a所示出的)设备100的制造。首先，将吸收层和色移元件设置在合适的聚合物载体衬底上以形成设备衬底100a。在图13中所示的一个实施例中，由第一施加器331将第一辐射-可固化材料(对应于设备的区域A2)施加到基本圆柱形的铸造缸300的外表面上。铸造缸的外表面上带有期望的光控制层表面凹凸的逆表面凹凸。多余的材料可以通过刮刀335去除。由第二施加器332将具有第一光学特性的第二辐射-可固化材料(对应于区域B)施加到铸造缸的外表面，并且可以通过刮刀336再次去除任何多余的材料。

然后将设备衬底100a引入到限定在铸造缸310和第一压印辊320之间的辊隙315中，从而使铸造缸上的材料转移到设备衬底100a上。通过将已经形成了正确的表面凹凸结构的可固化材料暴露于来自源350的适当的固化能量(例如辐射R)中来对其进行固化。这优选地在可固化材料与铸造缸的表面凹凸接触时进行，但如果材料已经足够粘稠，则可以在分离后进行。在所示的示例中，穿过设备衬底100a辐射该材料，但是如果缸由诸如石英的合适的透明材料形成，则可以替代地将源350定位在设备衬底100a上方，例如在缸310内部。

现在包括固化的光控制层材料的设备衬底穿过由第二压印辊330限定的第二辊隙316，并且现在粘附在设备的色移元件上的光控制层与铸造缸分离，从而形成设备100。应当理解，为了提供期望的光控制层的区域A1、A2和B，需要适当地对准施加器331、332并提供设备衬底100a。还应理解，在提供统一的光控制层(例如，全部无色或全部染色)的实施例中，仅需要一个施加器。

图14示出了制造这种安全设备的另一示例，并且示出了光控制层如何可以包括三种不同的材料(例如，具有不同的光学特性，诸如不同的光吸收特性)。在此，将设备衬底100a提供给转印辊420，其中第一、第二和第三施加器431、432、433以适当的对准来提供合适的第一、第二和第三可固化材料。刮刀(以435、436和437示出)可用于去除多余的材料。随后将现在包括可固化材料的设备衬底100a引入铸造缸410，其中铸造缸的外表面包括期望的光控制层表面凹凸的逆表面凹凸。

设备衬底100a穿过由压印辊441和铸造缸限定的第一辊隙415，以在可固化材料中形成光控制层的表面凹凸，其中可固化材料随后通过辐射R以与上述关于图13相同的方式固化。这优选地在可固化材料与铸造缸的表面凹凸接触时发生，但如果该材料已经足够粘稠，则可以在分离之后进行。在所示的示例中，穿过设备衬底100a辐射该材料，但是如果缸由诸如石英的合适的透明材料形成，则可以替代地将源450定位在设备衬底100a上方，例如在缸410内部。

现在包括固化的光控制层材料的设备衬底穿过由第二压印辊442限定的第二辊隙416，并且现在粘附在设备的色移元件上的光控制层与铸造缸分离，从而形成设备100。

在上述两个示例中，光控制层的不同可固化材料基本同时被固化。但是，设想在一些实施例中，首先施加并固化第一可固化材料，然后随后施加并固化第二可固化材料。

用于实现固化的辐射通常是UV辐射，但取决于材料、其吸收率和所使用的过程，可以包含电子束、可见光、甚至红外线或更高波长的辐射。合适的可固化材料的示例包括基于UV固化丙烯酸的压花清漆或基于其它化合物例如硝化纤维素的那些材料。合适的UV可固化漆是来自Kingfisher油墨有限公司的产品UVF-203或购自新泽西州Norland产品公司的光敏聚合物NOA61。

可固化材料可以是弹性体的，因此柔韧性增加。合适的弹性体可固化材料的示例是脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯(具有合适的交联添加剂，例如聚氮丙啶)。

为了提供光控制层或光学特性层的染色区域，用于实现所述光学特性的材料的示例包括被施加到用于形成光控制层的聚合物树脂上或在制造过程中直接包含在聚合物膜中的常规染料或颜料。用于使聚合物材料染色/着色的此类方法在本领域中是众所周知的。着色剂的一个示例范围是BASF

产品系列。

附加地或替代地，可固化材料可以包括至少一种在可见光谱内的照射下不可见并且在不可见光照射下，优选在UV或IR下在可见光谱中发射的物质。在优选的示例中，用于实现这种光学特性的材料包括：冷光颜料、磷光颜料、荧光颜料、磁性颜料、热致变色颜料、光致变色颜料、彩虹色颜料、金属颜料、光学可变颜料或珠光颜料。

在设备制造之后，如果不将聚合物载体衬底用作设备的染色或不透明着色层，则可以将其除去。

可以将上述类型的安全设备合并到或应用于需要对其进行真实性检查的任何物品。特别地，这样的设备可以应用于或合并到有价文件中，例如钞票、护照、驾驶执照、支票、身份证等。

该安全设备或物品可以全部布置在安全文件的基础衬底的表面上，如在条或小片的情况下，或者可以仅部分地在文件衬底的表面上可见，例如，以窗口安全线的形式。现在，安全线在世界上许多货币以及凭证、护照、旅行支票和其它文件中存在。在许多情况下，该线以部分嵌入或窗口的方式提供，其中该线看起来似乎是在纸上编制进来和编织出去，并且在基础衬底的一个或两个表面的窗口中可见。在EP-A-0059056中可以找到一种生产具有所谓的窗口线的方法。EP-A-0860298和WO-A-03095188描述了用于将较宽的部分暴露的线嵌入到纸衬底中的不同方法。通常具有2-6mm宽度的宽线特别有用，因为额外暴露的线表面积使其能够更好地使用光学可变设备，例如本文公开的设备。

随后可以将安全设备或物品合并到纸或聚合物基础衬底中，使得从完成的安全衬底的两侧都可以看到它。在EP-A-1141480和WO-A-03054297中描述了以这种方式合并安全元件的方法。在EP-A-1141480中描述的方法中，安全元件的一侧在其部分嵌入其中的衬底的一个表面上整体暴露，并且在衬底的另一表面的窗口中部分暴露。

适用于制造用于安全文件的安全衬底的基础衬底可以由包括纸和聚合物的任何常规材料形成。在这些类型的衬底的每一种中形成基本透明的区域的技术是本领域已知的。例如，WO-A-8300659描述了一种由透明衬底形成的聚合物钞票，该透明衬底在衬底的两侧上包括不透明涂层。在衬底两侧的局部区域中省略了不透明涂层，以形成透明区域。在这种情况下，透明衬底可以是安全设备的组成部分，或者可以将单独的安全设备施加到文件的透明衬底。WO-A-0039391描述了一种在纸衬底中制造透明区域的方法。在EP-A-723501、EP-A-724519、WO-A-03054297和EP-A-1398174中描述了在纸衬底中形成透明区域的其它方法。

该安全设备也可以被施加到纸衬底的一侧，使得部分位于纸衬底中形成的孔中。在WO-A-03054297中可以找到产生这种孔的方法的一个示例。在WO-A-2000/39391中可以找到一种合并安全元件的替代方法，该安全元件在纸衬底的一侧的孔中可见并且在纸衬底的另一侧完全暴露。

现在将参照图15-图18描述这种有价文件和用于合并安全设备的技术的示例。

图15描绘了示例性有价文件2100，此处为钞票形式。图15a以平面图示出了钞票，而图15b示出了相同钞票沿线Q-Q'的截面。在这种情况下，钞票是具有透明衬底2102的聚合物(或混合聚合物/纸)钞票。两个不透明层2103a和2103b被施加到透明衬底2102的两侧，其可以采取不透明涂层的形式，例如白色墨水，或者可以是层压到衬底2102上的纸层。

在形成安全设备100所在的窗口的区域2101上省略了不透明层2103a和2103b。如在图15b的截面中最清楚地示出的，在透明衬底2102的一侧上设置色移元件10，并且在衬底的相对表面上设置光控制层20，使得来自色移元件的光与光控制层相互作用(然而可替代地，可以将色移元件和光控制层设置在衬底的同一侧)。色移元件10和光控制层20各自如以上关于所公开的任一实施例所述，使得设备100在倾斜设备时在窗口2101中显示光学可变效果(此处以字母“A”的图像为例描述)。在图15所示的示例中，光控制层至少包括具有第一光学特性的区域，以使其呈现颜色，并且不存在染色着色层或不透明着色层(但是应当理解，在其它实施例中它们可能存在)。可以通过透射或反射方式来查看设备100。在以反射方式查看的情况下，希望使用基本不透明的色移元件，例如包含光学可变颜料的印刷油墨，但是如上所述，部分透明的色移元件可以与吸收元件结合使用。应当注意，在该实施例的变型中，窗口2101可以是半窗口，其中不透明层2103b在色移元件10上继续跨过全部或部分窗口。钞票还可以包括一系列窗口或半窗口。在这种情况下，由安全设备显示的不同区域可至少在某些视角下出现在不同的窗口中，并且在倾斜时可从一个窗口移动到另一个窗口。

图16示出了这样的示例，然而这里的钞票2100是常规的基于纸的钞票，配备有安全线形式的安全物品2105，其在造纸过程中被***以使其部分地嵌入到纸中，从而使得纸2104的部分位于安全线的任一侧。这可以使用在EP0059056中描述的技术来完成，在该技术中，在造纸过程中未在窗口区域中形成纸，进而暴露了合并到纸层之间的安全线。安全线2105暴露在钞票的窗口区域2101中。可替代地，窗口区域2101可以例如通过在***线之后在这些区域中打磨纸的表面而形成。安全设备100形成在线2105上，线2105包括透明衬底，该透明衬底的一侧设置有光控制层20，而另一侧设置有色移元件10。在图16(b)的图示中，沿着线2105的一侧连续设置色移元件，并且将光控制层描绘为在线的每个暴露区域之间不连续。然而，实际上通常不是这种情况，安全设备100将沿着线连续地形成。

如果需要，可以沿着线布置若干不同的安全设备100，每个设备显示不同的光学效果。在一个示例中，第一窗口可以包含第一安全设备，第二窗口可以包含第二安全设备，两个设备都具有包含线性微棱镜的光控制层表面凹凸，并且每个设备的线性微棱镜沿着不同的(优选是正交的)方向布置，以便在向任一方向倾斜时两个窗口显示不同的效果。例如，中央窗口可以配置为当文件100沿x轴倾斜时显示变色效果，而顶部和底部窗口中的设备保持颜色统一，反之当文件100沿y轴倾斜时亦然。安全设备的光控制层可以具有不同的布置(例如，光学特性)，使得不同的窗口在倾斜时呈现不同的颜色。

在图17中，钞票2100再次是常规的基于纸的钞票，其配备有条元件或***物2108。条2108基于透明衬底并且被***在两层纸2109a和2109b之间。安全设备100由条形衬底的一侧上的光控制层20和另一侧上的色移元件10形成。纸层2109a和2109b在区域2101上开有孔，以露出安全设备100，在这种情况下，安全设备可以存在于整个条2108上，或者可以位于孔区域2101内。由于条2108的透明性质，色移元件10通过光控制层20可见。

图18示出了另一实施例，其中图18(a)和图18(b)分别示出了文件2100的前侧和后侧，图18(c)是沿线Q-Q’的截面。安全物品2110是包括根据上述任一实施例的安全设备100的条或带。使用EP-A-1141480中描述的方法，将安全物品2110形成为包括纤维衬底2102的安全文件2100。该条被合并到安全文件中，从而使其在文件的一侧完全暴露(图18(a))，并在文件的相对侧的一个或多个窗口2101中暴露(图18(b))。再次，安全设备形成在条2110上，该条包括透明衬底，该透明衬底具有在一个表面上形成的光控制层20以及在另一表面上形成的色移元件10。

在图18中，有价文件2100仍然是常规的基于纸的钞票，并且再次包括条元件2110。在这种情况下，只有单层纸。可替代地，可以通过为纸2102设置孔2101并将条元件2110跨过孔2101粘附在纸2102的一侧上来实现类似的构造。可以在造纸期间或在造纸之后例如通过模切或激光切割形成孔。再次，安全设备形成在条2110上，该条包括透明衬底，该透明衬底具有在一个表面上形成的光控制层20以及在另一表面上形成的色移元件10。

在图15-图18的示例中，色移元件和光控制层被描述为在透明衬底的相对侧上。然而，在其它示例中，它们可以设置在透明衬底的同一侧。在设置至少部分透明的着色层和/或基本不透明的着色层的情况下，可以如以上任何实施例中所述使用层的任何布置。

图19更详细地示出了钞票2100形式的示例安全文件。如上所述，钞票配备有安全线2105，该安全线暴露在钞票衬底的窗口区域2101中。每个暴露的窗口区域2101呈现相同的效果，因此我们出于便于描述的目的仅考虑窗口2101a。在此，提供了一种安全设备，该安全设备包括红色至绿色的色移元件和包含线性三角形微棱镜阵列的光控制层，线性三角形微棱镜的长轴在基本平行于钞票纸的长轴(此处为x轴)的方向上。形成限定星标记的光控制层的区域(在B处示出)以具有光吸收系数，从而使其呈现黄色调。在色移元件下方连续地设置吸收层，使得能够以反射方式查看该设备的视觉效果。

因此，在垂直视角θ1处，区域A(包括色移元件和光控制层的无色区域)呈现红色，而区域B呈现橙色。在沿与x轴平行的轴倾斜钞票并以θ2角度查看时，区域A呈现蓝色，区域B呈现蓝绿色。这种颜色变化通过不同的阴影表明。

图20示出了聚碳酸酯数据页形式的示例安全文件2100，例如用于护照或身份证。例如通过使用压敏粘合剂将安全设备190粘附到数据页的表面。可替代地，设想设备的光控制层的表面凹凸可以形成为聚碳酸酯页本身的一部分。

在该示例中，设备190包括如上文关于图19所描述的色移元件和连续的吸收层。光控制层还包括多个微棱镜。然而这里，微棱镜被布置为限定一系列星形标记191、192、193、194。微棱镜被布置为其长轴基本平行于数据页的长轴(此处为x轴)，并且沿着该轴的微棱镜的长度不同，从而限定星形。围绕星标记的设备区域195或者留作暴露的色移元件，或者包括光控制层材料的平面层，使得来自色移元件的光的角度基本上不改变。限定星191和193的微棱镜具有使得它们呈现黄色的光学特性，并且限定星192和194的微棱镜基本上是无色的。

因此，在垂直视角θ1下，周围区域195呈现红色，星192和194也是如此。星191和193呈现橙色。因此，在θ1下，查看者只能辨认出两颗星，特别是在红色背景下显示为橙色的星192和194。

但是，在使护照页面(进而设备)绕x轴倾斜时，背景区域195呈现绿色，星191和193呈现绿-蓝绿色(蓝光和黄光的混合物)，而星192和194显示蓝色。因此，在θ2下，该设备在绿色背景上呈现两颗蓝星192和194，因为在此视角下不容易在该背景下辨别星191和193。这是一种特别显著的视觉效果，因为不仅设备看起来会改变颜色，而且标记的位置也会在设备倾斜时移动。

图21a是适用于数据页，例如护照或身份证的聚合物衬底2100的示意性截面图。如以下将描述的，根据本发明的安全设备可以被合并到这种衬底中。衬底2100包括多个重叠的自支撑聚合物层2100a、2100b、……、2100g，通常包括聚碳酸酯。第一外层2100a和第二外层2100g均提供向外的表面，该向外的表面限定了衬底的向外的表面。衬底2100还包括多个内部层2100b、2100c、……、2100f。通常，第一外层和第二外层对可见光基本上是透明的，并且位于色移元件10和最上面的外层2100a之间的层2100b、2100c是基本上透明的，使得可以通过最上面的外层看到色移元件10的光学效果。在其上提供色移元件的层2100d以及在色移层和最底层的外层2100g之间的任何层基本上是不透明的并且通常是白色的。在该示例中，色移元件10是部分透明的并且被设计为以反射方式查看，因此还提供了吸收元件12。

与图13和14所示类似，通常通过铸造缸310压印，将光控制层设置在最上面的外层2100a的向外的表面中。这可以与将各层融合在一起(通常通过层压)基本同时完成或在单独的步骤中完成。在图21a所示的示例中，层2100b是基本透明的，并且在色移元件10的区域之外配备有印刷的不透明白色区域2110。层2100c是基本透明的，并且配备有彩色色调的至少部分透明的印刷区域2120。染色区域与色移元件10部分重叠，使得在重叠区域中看到光学效果的结合。

可替代地，如图21b所示，层2100c可以包括基本不透明的白色聚碳酸酯，其具有对应于色移元件的面积的孔区域2110a。类似地，层2100d包括具有孔区域2120a的染色聚碳酸酯，使得染色聚碳酸酯的至少一部分与色移元件重叠，并且可以看到光学效果的结合。

图22示出了与以上参照图21a和图21b描述的聚合物衬底相似的聚合物衬底2100。然而这里，在色移层上方的透明聚合物层2100c上设置了部分透明的染色区域2130。染色区域可以通过印刷来提供，或者可以作为贴片来施加。这样的区域可以限定标记，并且可以施加在色移元件与设备外表面中的光控制层之间的任何层。

已经参考包括具有多个线性微棱镜的微棱镜结构的光控制层描述了以上实施例。图23是这种光控制层结构的俯视图，光控制层结构大体在820处示出。微棱镜结构包括线性微棱镜820a、820b、……、820h的阵列，每个线性微棱镜具有三角形的横截面(大体以821示出)。线性微棱镜沿其长轴基本彼此邻接，并且沿其长轴彼此平行。微棱镜阵列限定一系列凸起26和凹陷28。

单个微棱镜的相对端面基本上平行，并且这种微棱镜被称为“一维”微棱镜。因此，图23所示的微棱镜结构820是一维的微结构，因为它包括多个一维的微棱镜。使用术语“一维”是因为由微棱镜产生的光学效果在一个查看方向上明显更强(即，对于查看者更明显)。在图23的示例中，如果沿着垂直于微棱镜长轴的方向Y-Y’查看，表面凹凸的效果(即呈现的红色到蓝色的色移)是最明显的。

因此，由光控制层呈现的光学效果是各向异性的。如果将包含光控制层的安全设备在其平面内旋转，则当该设备倾斜且查看方向垂直于微棱镜的长轴(即沿Y-Y'方向)时，最容易看到由于色移元件和光控制层的结合而呈现的光学效果。如果旋转设备，使查看方向与微棱镜的长轴平行(即沿X-X'方向)，则看到的效果较小。

如将参考以下图24-图30所强调的，各种不同的表面凹凸结构可用于根据本发明的安全设备。

图24示出了示例光控制层920，其包括三个区域A1、B和A2，每个区域包括多个微棱镜。每个区域中的微棱镜彼此平行，并且区域A1和A2的微棱镜彼此平行。然而，区域B的微棱镜从区域A1和A2的微棱镜偏移，使得区域A1和A2的微棱镜的长轴与区域B的长轴限定角度Ω。因此，当沿着垂直于区域A1和A2的微棱镜长轴的方向倾斜并查看时功能区域920将提供改变的光学特性；并且当旋转功能区域920并从垂直于区域B的长轴的方向查看时功能区域920将提供易于看到的光学效果。这与图23的表面凹凸相反，在图23中，微棱镜的长轴在单个方向上对齐。

如图25所示，设想可以使用可包括彼此偏移的多个区域的光控制层。图25示意性地示出了功能区域1020，其包括布置在彼此旋转偏移的多个阵列1020a、1020b、……、1020h中的多个线性微棱镜。

图26示出了包括多个微棱镜1020a、1020b、……、1020f的光控制层，每个微棱镜都具有“锯齿”结构，其中一个小面(此处示为1123)与安全设备的外表面形成了比微棱镜的其它小面(示为1124)更锐角的角度。当从方向A查看时，这种锯齿状结构将提供在狭窄的倾斜角上发生的色移效果。相反，当从方向B查看时，色移发生在较大的倾斜角度上。

如图27的表面凹凸1120所示，光控制层可包括一系列多面微棱镜(即具有两个以上的小面)。

为了在光控制层的光学特性上获得更大的各向同性，可以使用包括与例如图23的线性微棱镜的旋转依赖性不一样的微棱镜的“二维”微棱镜结构。这样的例子包括角隅棱镜，如图28的光控制层结构1320中所描绘的基于正方形的角锥体微棱镜，或更一般地基于多边形的角锥体微棱镜，例如在图29的示例光控制层表面凹凸1420中看到的基于六边形的角锥体微棱镜。

图30示出了光控制层表面凹凸1520，其具有与微棱镜结构相似的结构，但是不同于微棱镜，其包括具有圆顶表面结构的透镜(lecticule)阵列。

上述任何一种安全设备可以优选地进一步包括磁性层或另一种功能性物质，例如荧光材料、磷光材料或冷光材料。这些可以合并到现有层中或作为单独的层添加。

在上述所有实施例中，可以通过将磁性材料合并到设备中来进一步提高安全级别。这可以通过多种方式来实现。例如，可以设置可由磁性材料形成或包括磁性材料的附加层。整个层可以是磁性的，也可以将磁性材料限制在某些区域，例如以图案或代码(例如条形码)的形式布置。磁性层的存在可以从一侧或两侧隐藏，例如通过提供一个或多个掩模层。

Claims (54)

1.一种安全设备，包括：

色移元件，在不同的视角下呈现不同波长的光；以及

至少部分透明的光控制层，覆盖所述色移元件的至少一部分，并且包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸；其中，

所述光控制层的第一区域包括第一光学特性，由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被认为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第一光学特性的合成；以及

所述光控制层的第二区域：

(i)是基本无色的以使得来自所述第二区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的；或，

(ii)包括不同于所述第一光学特性的第二光学特性，由此来自所述光控制层的所述第二区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。

2.根据权利要求1所述的安全设备，其中所述合成光学效果是感知的颜色。

3.根据权利要求1或2所述的安全设备，其中所述第一光学特性和/或第二光学特性是以下任意一种：可见色、荧光、冷光和磷光。

4.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其中所述第一光学特性使得所述第一区域呈现第一可见色，并且所述第二光学特性使得所述第二区域呈现不同的第二可见色。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的安全设备，其中所述第一光学特性和所述第二光学特性使得所述第一区域和所述第二区域呈现基本相同的可见色，其中所述第一区域的透明度不同于所述第二区域的透明度，使得所述第一区域和所述第二区域呈现的合成感知颜色不同。

6.根据权利要求1或2所述的安全设备，其中所述第一光学特性和所述第二光学特性使得所述第一区域和第二区域呈现基本相同波长的荧光、冷光或磷光发射，其中荧光材料、冷光材料或磷光材料的浓度在所述第一区域和所述第二区域之间不同。

7.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其中在第一视角下，来自所述光控制层的所述第一区域的光被感知为具有第一合成颜色，并且在第二视角下，来自所述光控制层的所述第一区域的光被感知为具有与所述第一合成颜色不同的第二合成颜色。

8.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其中在第一视角下，来自所述光控制层的所述第二区域的光被感知为具有第一合成颜色，并且在第二视角下，来自所述光控制层的所述第二区域的光被感知为具有与所述第一合成颜色不同的第二合成颜色。

9.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其中所述光控制层的所述第一区域和所述第二区域基本彼此邻接。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的安全设备，其中所述光控制层的所述第一区域和所述第二区域被间隔开。

11.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其中所述光控制层的所述第一区域和/或所述第二区域限定标记。

12.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其中所述光控制层还包括第三区域，所述第三区域：

(i)是基本无色的以使得来自所述第三区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的；或，

(ii)包括不同于所述第一光学特性和所述第二光学特性的第三光学特性，由此来自所述光控制层的所述第三区域的所述第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第三光学特性的合成。

13.一种安全设备，包括：

色移元件，在不同的视角下呈现不同波长的光；

至少部分透明的光控制层，覆盖所述色移元件的至少一部分，并且包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸；以及

光学特性层，位于所述色移元件与所述光控制层之间，或者位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远侧，其中所述光学特性层的至少第一区域包括第一光学特性，使得其在基本所有视角都呈现第一光学效果；

由此来自所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有第一光学效果，所述第一光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第一光学特性的合成。

14.根据权利要求13所述的安全设备，其中所述第一光学特性是以下任意一种：可见色、荧光、冷光和磷光。

15.根据权利要求13或14所述的安全设备，其中所述色移元件是至少部分透明的，并且所述光学特性层位于所述色移元件与所述光控制层之间，或者位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远侧。

16.根据权利要求15所述的安全设备，其中所述光学特性层是基本不透明的，并且位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远侧。

17.根据权利要求15所述的安全设备，其中所述光学特性层是至少部分透明的。

18.根据权利要求13或14所述的安全设备，其中所述色移元件是基本不透明的，并且所述光学特性层是至少部分透明的并且位于所述色移元件和所述光控制层之间。

19.根据权利要求13-18中任一项所述的安全设备，其中所述光学特性层包括第二区域，所述第二区域具有第二光学特性，使得所述第二区域在基本所有视角下都呈现与所述第一光学效果不同的第二光学效果。

20.根据权利要求19所述的安全设备，其中所述第一光学特性和所述第二光学特性使得所述第一区域和所述第二区域呈现基本相同的可见色，其中所述第一区域的透明度不同于所述第二区域的透明度。

21.根据权利要求19所述的安全设备，其中所述第一光学特性和所述第二光学特性使得所述第一区域和所述第二区域呈现基本相同波长的荧光、冷光或磷光发射，其中荧光材料、冷光材料或磷光材料的浓度在所述第一区域和所述第二区域之间不同。

22.根据权利要求13-21中任一项所述的安全设备，其中所述光控制层包括至少第一区域，所述第一区域包括光控制层光学特性。

23.根据权利要求22所述的安全设备，其中所述光控制层的所述第一区域对应于所述光学特性层的所述第一区域；

由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长、所述光学特性层的所述第一光学特性和所述光控制层光学特性的合成。

24.根据权利要求22或23所述的安全设备，其中所述光控制层光学特性是以下任意一种：可见色、荧光、冷光和磷光。

25.根据权利要求13-24中任一项所述的安全设备，其中所述光学特性层限定标记。

26.一种安全设备，包括：

色移元件，在不同的视角下呈现不同波长的光；

至少部分透明的光控制层，覆盖所述色移元件的至少一部分，并且包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸；以及

基本不透明层，具有第一光学特性，位于所述色移元件和所述光控制层之间，并覆盖所述色移元件的第一区域；其中，

所述光控制层的第一区域包括第二光学特性，由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为：

(i)当所述光控制层的所述第一区域与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果为所述第一光学特性和所述第二光学特性的合成；或

(ii)当所述光控制层的所述第一区域不与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。

27.根据权利要求26所述的安全设备，其中所述第一光学特性是以下任意一种：可见色、荧光、冷光和磷光。

28.根据权利要求26或27所述的安全设备，其中所述第二光学特性是以下任意一种：可见色、荧光、冷光和磷光。

29.根据权利要求26-28中任一项所述的安全设备，其中所述光控制层的第二区域基本上是无色的，使得来自所述第二区域的所述第一视角下的光被感知为：

(i)当所述光控制层的所述第二区域与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果为所述第一光学特性的合成；或者，

(ii)当所述光控制层的所述第二区域不与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长的合成。

30.根据权利要求26-29中任一项所述的安全设备，其中所述基本不透明层覆盖所述色移元件的第一部分，以限定标记。

31.根据权利要求30所述的安全设备，其中由于所述基本不透明层和所述色移元件之间的重叠，所述标记作为不同光学效果的区域呈现给所述安全设备的查看者。

32.根据权利要求26-31中任一项所述的安全设备，其中所述基本不透明层的所述第一光学特性是基本上对应于由所述色移元件在第一视角下呈现的光的波长的可见色，使得在所述第一视角下，所述设备呈现基本统一的颜色，并且在与所述第一视角不同的第二视角下，所述设备呈现与所述基本不透明层和所述色移元件的重叠相对应的不同颜色区域。

33.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其中所述色移元件包括以下之一：光子晶体结构、液晶材料、干涉颜料、珠光颜料、结构化干涉材料、或薄膜干涉结构，例如布拉格堆。

34.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，还包括吸收元件，所述吸收元件位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远侧，并且可操作以至少部分地吸收透射通过所述色移元件的光。

35.根据权利要求34所述的安全设备，其中所述吸收元件限定标记。

36.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其中所述表面凹凸包括至少一个微结构。

37.根据权利要求35所述的安全设备，其中所述微结构是线性微棱镜，并且所述表面凹凸包括线性微棱镜的阵列。

38.根据权利要求36或37所述的安全设备，其中所述表面凹凸包括两个或更多个线性微棱镜阵列，其中一个阵列的长轴从另一阵列的轴成角度地偏移。

39.根据权利要求37或38所述的安全设备，其中所述微棱镜具有不对称结构。

40.根据权利要求37-39中任一项所述的安全设备，其中所述微棱镜具有重复小面结构。

41.根据权利要求36-40中任一项所述的安全设备，其中所述微结构是一维微结构。

42.根据权利要求36所述的安全设备，其中所述微结构是二维微结构。

43.根据权利要求36所述的安全设备，其中所述微结构是具有曲面结构的透镜，并且所述表面凹凸包括透镜阵列。

44.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其中所述光控制层包括聚合物材料，优选地，聚合物树脂。

45.一种制造安全设备的方法，所述方法包括：

提供至少部分透明的光控制层，以便覆盖在不同视角下呈现不同波长的光的色移元件的至少一部分；其中，

所述光控制层包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸；并且进一步地，其中，

所述光控制层的第一区域包括第一光学特性，由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第一光学特性的合成；以及

所述光控制层的第二区域：

(i)是基本无色的以使得来自所述第二区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的；或

(ii)包括不同于所述第一光学特性的第二光学特性，由此来自所述光控制层的所述第二区域的第一视角下的光被感知为具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。

46.一种制造安全设备的方法，所述方法包括：

提供至少部分透明的光控制层，其覆盖在不同的视角呈现不同波长的光的色移元件的至少一部分；其中，

所述光控制层包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸，并且其中所述方法还包括：

提供光学特性层，其位于所述色移元件与所述光控制层之间，或者位于所述色移元件的相对于所述光控制层的远侧，其中所述光学特性层的至少第一区域包括第一光学特性，使其在基本所有视角都呈现第一光学效果；

由此来自所述第一区域的第一视角下的光被感知为具有第一光学效果，所述第一光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第一光学特性的合成。

47.一种制造安全设备的方法，所述方法包括：

提供至少部分透明的光控制层，其覆盖在不同的视角呈现不同波长的光的色移元件的至少一部分；其中，

所述光控制层包括适于改变来自所述色移元件的光的角度的表面凹凸，并且其中所述方法还包括：

提供基本不透明层，其具有第一光学特性，位于所述色移元件和所述光控制层之间，并覆盖所述色移元件的第一区域；其中，

所述光控制层的第一区域包括第二光学特性，由此来自所述光控制层的所述第一区域的第一视角下的光被感知为：

(i)当所述光控制层的所述第一区域与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果是所述第一光学特性和所述第二光学特性的合成；或

(ii)当所述光控制层的所述第一区域不与所述不透明层重叠时具有合成光学效果，所述合成光学效果是在所述视角下由于所述色移元件和所述光控制层的所述表面凹凸的结合而呈现的光的波长与所述第二光学特性的合成。

48.根据权利要求45-47中任一项所述的方法，其中所述色移元件包括以下之一：光子晶体结构、液晶材料、干涉颜料、珠光颜料、结构化干涉材料、或薄膜干涉结构，例如布拉格堆。

49.根据权利要求45-48中任一项所述的方法，其中所述光控制层通过压印、挤出或流延固化中的一种来提供。

50.根据权利要求45-49中任一项所述的方法，其中所述合成光学效果是感知的颜色。

51.根据权利要求45-50中任一项所述的方法，其中所述第一光学特性和/或第二光学特性是以下任一：可见色、荧光、冷光和磷光。

52.一种根据权利要求45-51中任一项所述的方法制造的安全设备。

53.一种安全物品，包括根据权利要求1-44或52中任一项所述的安全设备，其中所述安全物品优选为安全线、条、贴片、标签、转印箔或聚合物衬底。

54.一种安全文件，包括根据权利要求1-44或52中任一项所述的安全设备，或根据权利要求53所述的安全物品，所述安全文件优选地包括钞票、身份文件、护照、支票、签证、执照、证书或邮票。

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