CN1923912A - 可排列衍射颜料薄片及用于排列和由其形成图像的方法和装置 - Google Patents

Abstract

选择排列衍射薄片以形成图像。在一个实施方式中，将例如电解质或半导体材料的薄片成形以有助于在电场中排列。

Description

可排列衍射颜料薄片及用于排列和由其形成图像的方法和装置

                          技术领域

[0001]本发明通常涉及具有光学衍射结构的颜料和衍射光变图像器件(“DOVID”)，例如可取向的衍射颜料薄片和立体图、动态全息图、图形元素***、点***、像素***，以及定向光学可变颜料薄片。

                          背景技术

[0002]光变颜料(“OVP’s”^TM)广泛地用于各种应用中。它们可以用于涂料或油墨，或者与塑料混合。这种涂料或油墨用于装饰目的或作为货币上的防伪措施。一种OVP在衬底上使用许多薄膜层，其形成一种光学干涉结构。通常，经常在反射体上形成介电(间隔)层，然后在间隔层上形成光学吸收材料层。可以添加其它的层达到其它的作用，例如添加其它的间隔-吸收层对。作为选择，可以制备由(高-低-高)ⁿ或(低-高-低)ⁿ介电材料或二者的组合构成的光学叠层。

[0003]另一种类型的颜料使用图案，例如一系列沟槽来产生衍射干涉结构。已经使用衍射颜料来在印刷介质和例如汽车油漆的涂料中产生闪光效应。

[0004]也有使用衍射干涉来获得所需效应的其它产品，一般称为衍射、光变图像器件(“DOVID”)。一些DOVID提供各种取决于它们的视角的图像。例如，一些种类的DOVID可以使一个被印刷物出现在另一个的前面，基于视角提供一连串的图像，或随着视角的变化在二维图像中看起来象在运动。其它的DOVID可以产生在一个视角出现、在另一个视角消失的图像。DOVID已经在钞票、***、软件介质和其它贵重文件方面用作防伪目的，也用于装饰目的。特殊类型的DOVID被称为“像素全息图”。像素图是基于不同线性衍射区(像素)的非均匀空间分布。当旋转或倾斜时，不同的图像可以出现或消失，使像素图很难伪造，因为甚至是高质量彩色复印机也不能复制图像的可变化效果。

[0005]用于在母版(master)全息图上获得全息图的微观结构的技术，例如干涉测量法、全息术、化学蚀刻、离子束平版印刷术和电子束平版印刷术是相对复杂和昂贵的。在制备全息图母版之后，一般可根据母版制作复制工具。复制工具在聚合物箔片中压制表面浮雕微观结构，然后在箔片的背面镀铝。然后将箔片压印在文件上。对于每个新的图像必须制造母版全息图，或者如果母版全息图磨损时。

[0006]所以，需要提供一种用于制造DOVID的更简单的产品和技术。进一步需要能使颜料薄片按所需的取向排列来获得多种光学效应。

                          发明内容

[0007]对具有衍射光栅的颜料颗粒进行选择性排列以便形成一个或多个图像。可以用不同的衍射颜料或用按选定的方向排列的衍射颜料印刷不同的区域。同样，可以用不同的和/或不同排列的衍射颜料的像素或点产生图像。本发明的一个实施方式是印刷的像素图，另一个是点DOVID，还有一个是动态全息图。

[0008]根据本发明，提供一种可取向的颜料颗粒，包括：形成或具有形成其中的材料，具有线或脊的预定图案的衍射光栅，其中当存在外加电场时，材料和衍射光栅有助于颜料颗粒沿光栅图案的线或脊的方向取向；作为优选，所有的脊、线或沟槽是平行的或基本平行的，并且从薄片的一个边缘跨越到相对的边缘；作为优选，整个薄片的横截面在沿线或沟槽的方向从一个边缘到相对的边缘是均匀的。作为优选，薄片的整个表面具有穿过其中或跨过它的平行线。

[0009]在一个具体的实施例中，材料包括形成衍射光栅的多个条纹。颜料颗粒可以包括半透明材料；衍射光栅可以包括具有在例如每毫米100线和每毫米5000线之间间距的多个沟槽。

[0010]根据本发明的另一个方案，提供一种使颜料颗粒定向的方法，包括如下步骤：将具有其中或其上形成衍射光栅的多个颜料颗粒施加到衬底；并且，将颜料颗粒暴露于衬底周围的电场，由此颗粒以沿着平行于电场方向的光栅的线或脊的方向取向。

[0011]在本发明的另一个方案中，一种用于使其上或其中具有衍射光栅的颜料颗粒定向的装置，包括：容器，用于容纳悬浮在液体中的衍射颜料颗粒；电极，用于提供电场以便使薄片定向，使得薄片上的衍射光栅沿至少第一和第二电极之间的电力线取向；以及滚筒，用于获得取向薄片并将其转印到二级滚筒或辊或直接转印到衬底。

[0012]提供多个电场可取向的颜料颗粒，其中在衬底上沉积颗粒并在电场中排列和取向，使得至少一些薄片和衬底形成不同的角度，并且其中一些薄片在平面外。

[0013]在本发明更宽泛的方案中，制造一种图像，其中图像是其上或其中具有衍射光栅的薄片的错觉图像，其中错觉图像内的薄片通过已暴露于电场的方式沿衍射光栅以预定方向取向。

                          附图说明

[0014]图1A-1D是根据多个实施例的典型薄片结构的简化横截面。

[0015]图2A和2B是根据实施例的成形薄片的简化平面图。

[0016]图3A是成形磁性层的简化平面图。

[0017]图3B-3D是根据实施例的薄片的简化横截面。

[0018]图4是图像的简化平面图。

[0019]图5是一部分DOVID的简化图。

[0020]图6A-6D是示出一种图像的简化图。

[0021]图7是示出动态全息图像的简化图。

[0022]图8A-8C是根据本发明实施例的方法的简化流程图。

[0023]图9A-9E是经排列的衍射颜料薄片的彩色扫描。

[0024]图10a在泵油中具有500 l/mm的沟槽可取向衍射颜料薄片的显微照片，其中在不施加磁场时薄片不具有特殊的取向；

[0025]图10b是在存在外加磁场时相同薄片样品的显微照片，其中薄片在两个磁铁之间排列，薄片沟槽沿外加场的相同方向取向。

[0026]图11是用于通过印刷(stenciled screen)模板丝网将衍射薄片施加到衬底，而同时施加磁场以使薄片沿其沟槽取向的装置图。

[0027]图12是示出图11装置的放大区域的图，其中可以看见相对于薄片沟槽的薄片的取向以及薄片固化的区域。

[0028]图12b是类似于图12的图，其中使用较简单的磁铁排列。

[0029]图13示出在较大矩形区域内两个矩形印迹，其中两个印迹具有根据薄片沟槽和两个不同外加场而不同取向的薄片，其中两个不同的磁性刮墨板(squeegee)的方向用于施加到薄片上。

[0030]图14是用于在外加场中应用衍射薄片的修改的装置图，其中具有移动的磁铁阵列的筒或滚筒与移动的衬底接触。

[0031]图14b是示出沿外加电场排列的极化颗粒的图。

[0032]图15是转轮卷筒式印刷装置的横截面侧视图。

[0033]图15a是在不施加电场的情况下悬浮在油中的介电颗粒的照片。

[0034]图15b是在施加电场的情况下悬浮在油中的图15a中示出的介电颗粒的照片。

[0035]图16a和16b分别为用较低放大倍数放大的图15a和15b中的颗粒的照片。

[0036]图17示出介电衍射薄片的柱状结构以及它们沿其平行于施加电场的沟槽排列的照片。

[0037]图18是用于取向和印刷衍射薄片以便使衍射沟槽沿施加场线排列的装置图。

[0038]图19是类似于图18所示的装置的图，其中使用凹印筒和压印辊。

[0039]图20是非常类似于图19所示的图，其中示出3辊柔版(最初称苯胺印刷)印刷***，其中一个辊具有软印刷板。

[0040]图21是印刷***的可选布置图，其中使用网纹(anilox)筒(或称传墨筒)或凹印筒，在筒内设置磁条对，当它们从溶液中的非取向状态下被挑选出的同时，使薄片取向。

[0041]图22是根据本发明的实施例由具有衍射薄片的两个区域形成的幻觉图像的侧视图，该衍射薄片被设置为平行于或不平行于衬底。

[0042]图23是被称为“翻滚”(flip-flop)的印刷图像的简化的横截面。

[0043]图24是在第一选择视角的文件上的印刷图像的简化平面图。

[0044]图25是通过使图像相对于视点倾斜的方式获得的在第二选择视角的印刷图像的简化平面图。

[0045]图26是根据本发明的另一个实施例，出于讨论目的而称为“滚动条”的印刷图像的简化横截面。

[0046]图27a到27e示出了不同定向所示的图像，其示出了平面外与沟槽取向的组合影响和对印刷图像光学外观的影响。

具体实施方式

I.介绍

[0047]在一个实施方式中，本发明提供了磁性可取向衍射颜料薄片。在具体的实施方式中，磁性可定向衍射颜料薄片用于印刷图像，包括DOVID。衍射颜料薄片通常是用在涂料、油墨、胶片、塑料中的小颗粒，衍射颜料薄片根据视角可提供可变的、可观察到的颜色、亮度、色彩和/或色度。一些衍射颜料、例如包括法布里-珀罗(Fabry-Perot)类型的干涉结构，改变所看到的颜色，并提供衍射效应。使用介电层的薄膜干涉结构也可以与微观结构衍射图案组合。一些实施方式包括与间隔层和吸收层相组合的衍射反射层以形成具有衍射和薄膜干涉效果的薄片。

[0048]具有衍射光栅的颜料将光分成光谱分量，类似于棱镜，由此随着视角的改变观察到的颜色也改变。已经发现，如果颜料薄片包括磁性材料，颜料薄片可以用磁场取向。为了这一应用目的，“磁性材料”可以是铁或铁磁性的。镍、钴、铁、钆、铽、镝、铒、及其合金和氧化物、Fe/Si、Fe/Ni、Fe/Co、Fe/Ni/Mo、SmCo₅、NdCo₅、Sm₂Co₁₇、Nd₂Fe₁₄B、TbFe₂、Fe₃O₄、NiFe₂O₄和CoFe₂O₄是磁性材料的一些示例。磁性层、或者磁性层的磁性材料不必须能够被永久磁化，尽管也可以被永久磁化。在一些实施方式中，能够被永久磁化的磁性材料被包括在薄片中，但保持未磁化状态直到它被应用形成图像之后。在另一个实施方式中，将具有永磁材料的薄片施加到衬底以形成视觉图像，接着磁化形成除视觉图像以外的磁性图像。如果在形成图像或与涂料或油墨载体混合之前剩磁太高，一些磁性薄片易于结块。

II.典型的薄片结构

[0049]图1A是根据本发明实施方式的涂覆薄片10的简化横截面。在衬底12上已经沉积了一系列薄膜层。薄膜层包括磁性材料层14、14’、反射材料层16、16’、和附加层18、18’。例如，附加层可以是由介电材料制成的间隔层18、18’和吸收层19、19’，间隔层18、18’具有选定的厚度以提供特殊干涉波长。尽管将涂覆的薄片示为在衬底12的两侧上具有对称的涂层，但涂层也可以是非对称的，甚至在一侧完全没有。同样，薄片可以被连续的涂层封装。已经知道可采用许多光学设计来获得各种变色、选择吸收/反射和其它光学效应。在可选实施方式中，衬底12是磁性材料，并且可以省略磁性材料隔离层14。在另一个实施方式中，衬底是反射型的和具有磁性的，并且也可以省略反射层16。在另一个实施方式中，反射层是磁性材料，并且可以省略磁性材料隔离层。在另一个实施方式中，吸收层可以是磁性层。

[0050]可以由例如玻璃、云母、氧化铝、氧化铁、石墨、氯氧化铋、氮化硼、聚合物、或金属或类似颗粒的材料形成合适的衬底。合适反射材料的示例包括铝、银、铁、钽、铱、铼、铜、银、黄金、铂、钯、镍、钴、铌、铬、锡、及其组合或合金。用于分隔层的合适材料包括硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO₂)、二氧化钛(TiO₂)、类金刚石碳、氧化铟(In₂O₃)、氧化铟-锡(“ITO”)、五氧化二钽(Ta₂O₅)、氧化铈(CeO₂)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化铕(Eu₂O₃)、比如四氧化三铁(Fe₃O₄)和三氧化二铁(Fe₂O₃)的铁氧化物、氮化铪(HfN)、碳化铪(HfC)、氧化铪(HfO₂)、氧化镧(La₂O₃)、氧化镁(MgO)、氧化钕(Nd₂O₃)、氧化镨(Pr₆O₁₁)、氧化钐(Sm₂O₃)、三氧化二锑(Sb₂O₃)、硅(Si)、一氧化硅(SiO)、锗(Ge)、三氧化二硒(Se₂O₃)、氧化锡(SnO₂)、三氧化钨(WO₃)、二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、金属氟化物，比如氟化镁(MgF₂)、氟化铝(AlF₃)、氟化铈(CeF₃)、氟化镧(LaF₃)、氟化铝钠(例如Na₃AlF₆或者Na₅Al₃F₁₄)、氟化钕(NdF₃)、氟化钐(SmF₃)、氟化钡(BaF₂)、氟化钙(CaF₂)、氟化锂(LiF)及其组合，以及有机单体和聚合物，包括二烯烃或烯烃，例如丙烯酸盐(例如甲基丙烯酸酯)、全氟代烯烃、聚四氟乙烯(例如T_EFLON ^R)、氟化乙烯丙烯(“FEP”)及其组合等等。合适的吸收材料包括铬、镍、铁、钛、铝、钨、钼、铌、其组合、化合物或合金、例如INCONEL^TM(Ni-Cr-Fe)、在介电基体中混合的金属、或在可见光谱中能够作为均匀或选择吸收体的物质。作为选择，吸收体也可以是介电材料，例如氧化铁(例如Fe₂O₃)、一氧化硅(SiO)、氧化铬(Cr₂O₃)、碳、低价钛(TiO_x)其中X小于2.0)、金属碳化物、金属碳氮化物、及其组合等等。金属吸收层通常沉积在这样的层中：它足够薄以允许大量的光透过吸收层。

[0051]在一个具体的实施方式中，衬底是玻璃薄片，磁性材料是Ni-Co，反射层是铝。附加层18包括介电材料，例如SiO₂或TiO₂，吸收材料是金属或例如氮化钛(TiN)的金属间化合的半透明层。这些材料只是典型的可能的实施方式，许多其它合适的材料和组合也是公知的。

[0052]反射层16和接下来的薄膜层18形成法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉滤光器，随着薄片视角的改变，其可以提供很强的色移效果，也叫“色变”。如果将法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉滤光器分散在粘结剂中，例如透明涂料、塑料、或其它介质中，那么会因为物体与观察者之间的相对运动或者因为物体包括弯曲的表面而产生物体的颜色随视角变化的聚集效应。其它的实施方式可以省略反射层，或者可以没有法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉结构，一些具有银色。

[0053]图1B是根据本发明另一个实施方式的衍射薄片20的简化横截面。反射层22、22’已经被图案化(例如浮雕化)，其具有在衬底表面中的横截面呈正弦曲线变化的周期性结构，并包括磁性层24。在可选的实施方式中，反射层是浮雕的反射磁性材料，而且隔离磁性层24被省略。磁性层被示为不浮雕，但在其它实施方式中可以被浮雕。在另一个实施方式中，磁性层是不连续的，并沿衍射光栅的结构形成。在另一个实施方式中，仅在薄片的一侧设置浮雕层。

[0054]在具体的实施方式中，用浮雕层涂覆衬底，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)薄片或膜，该浮雕层被浮雕以产生衍射光栅图案。浮雕层可以是在浮雕图案之前或之后交联成的聚合层，例如通过滚压辊之间的衬底，至少一个辊被图案化。在一个实施方式中，膜的浮雕辊涂覆有连续或不连续的磁性层，然后是反射层，例如铝层。在一个可选的实施方式中，磁性层是反射材料，因此不需要隔离反射层。然后将涂覆、浮雕的膜处理成薄片，例如通过激光切割。在一些实施方式中，可以省略磁性层。采用适当的、将薄片施加到衬底的技术可以使这些薄片形成DOVID，从而使衍射光栅按所需的方向排列。

[0055]浮雕图案一般被认为是“衍射光栅”。线密度一般在大约500line/mm到大约5000line/mm之间，一般大约20nm到大约300nm深。已经发现涂料牵伸(draw-down)样品中采用铝反射体的大约1400-2000line/mm的线密度具有很好的颜色特性。线(沟槽)可以是直线、三角形对称光栅、三角形炫耀光栅、或直线平行光栅、或交叉影线光栅，仅举几个示例。薄片通常大约20-50微米宽，尽管薄片可以明显更大或更小，薄片的总厚度可以很薄。在一些实施方式中，薄片的总厚度在大约500纳米到2微米之间，但可以更薄或更厚。具体而言，具有硬化层的薄片可以更厚。硬化层通常是添加到薄片结构以提高加工性能的介电材料。

[0056]衍射光栅图案被示为复制在透明层26、26’的外表面，但在其它的实施方式中不是必须的。透明层可以是无机材料，例如SiO₂或聚合物。在一些实施方式中，透明层增加了涂覆结构的硬度以助于加工，例如研磨和拣选成相应的尺寸，以及将颜料薄片施加给物体。透明层可以保护反射层免受环境因素的影响，而环境因素可能降低反射性。在其它的实施方式中，透明层被省略。在一些应用中，具有衍射光栅图案的颜料薄片被施加在载体中，其提供一定程度的环境保护。在进一步的实施方式中，将透明层的材料选择成具有类似于所用的载体或粘结剂的折射率。

[0057]图1C是根据本发明另一个实施方式的一部分衍射薄片21的简化横截面。在例如PET薄片或膜25的衬底上形成浮雕层23。在衍射光栅图案27上沉积不连续的磁性材料层以形成磁针29、29’(以从观察者到纸的方向凸出)。针可以形成在光栅图案的顶部、侧面、或谷(底部)，这取决于图案特性和沉积参数。在磁针和浮雕层上形成透明顶层33，例如热固或热塑聚合物层，其在一些点被流化以便流动并形成平坦表面。所示的顶层是相对平坦的，但可以紧挨着浮雕层的图案。在一个可选实施方式中，顶层可以是反射材料层，或者反射材料层可以包括在浮雕层和顶层之间，通常覆盖磁针。如果在膜衬底上形成浮雕层，可以使用激光切割或其它技术将膜加工成薄片。一般需要薄片具有合适的表面面积与厚度的纵横比(aspect ratio)以促使薄片沿其被施加到，例如涂料载体或油墨载体中的表面排列(即变平坦或“翻页(leaf)”)。一个示例，即薄片的标称尺寸为：表面面积为100微米×100微米或50微米×50微米和厚度大约为10-15微米。

[0058]图1D是根据本发明另一个实施方式的一部分衍射薄片30的简化横截面。反射层32、32’中的衍射光栅图案是从沉积衬底复制而来的。例如，可以用光栅图案浮雕聚合物膜。在浮雕膜上(通常在脱模层(release layer)上方，由于当薄片与沉积衬底分开时它被除去所以它没有示出)沉积第一透明层34’，然后沉积第一反射层32’。沉积一层磁性材料31，然后是另一反射层32，和另一透明层34。然后涂覆层与浮雕沉积衬底分开，并被加工成所需的衍射薄片。在卷绕式镀膜***中可以使用这些技术。作为选择，可以在薄片衬底上浮雕衍射光栅图案，例如磁性薄片衬底，然后在薄片衬底上沉积反射层和接下来的层。同样，可以使用单个反射层，而磁针形成在透明层或反射层之一的一个或更多的表面上，并且磁性层被省略。

[0059]如果将薄片适当成形，那么根据图1A-1D所示出的实施方式的薄片可以在薄片平面内被磁性取向。通常，如果在一个表面中的薄片长于另一个，并且该薄片相对平坦，具有最小横向尺寸与厚度比至少为2∶1的纵横比，更典型为大于大约100∶1，那么薄片将趋向于在磁场中自发排列以使场能最小。

III.典型的薄片形状

[0060]图2A是根据本发明一个实施方式的磁性薄片40的简化顶视图。磁性薄片是包括磁性材料的颜料薄片。磁性材料在薄片平面内是基本均匀的，例如平板或用衍射光栅图案化的层，或者磁性材料可被图案化，例如成“条纹”形状，例如结合下面图3A和3B所讨论的。尽管具有磁性材料条纹的实施方式不要求薄片成任何特定的形状以实现薄片的磁性排列，但可以要求对薄片图案化以具有通常平行于磁性条纹的长轴。可以对薄片有目的地成形，或者可以成形为薄片产品，或者可以求助于衬底制造工艺，并拣选来提高具有合适形状的薄片的百分比。尽管以便需要强磁性可定向薄片的高百分比，但不需要所有的薄片都可磁性取向来获得合适的效应。

[0061]磁性薄片40具有长边42和短边44。具有合适的长度与厚度的纵横比并在适当载体中的薄片易于平躺在它们被施加的表面上。在长度(长边)和宽度(短边)之间的纵横比可实现在薄片的平面内的磁性取向。在载体蒸发或硬化之前，通常载体在一个时期内为液体以允许薄片进行一些移动。作为选择，在设置在表面之前薄片被取向，载体基本上可以立即干燥或固化。例如，油墨可以具有挥发载体，其蒸发以固定薄片，或透明涂料载体，例如透明涂料基体，它可以硬化以固定薄片。同样，在施加到表面之前、之中或之后，未固化的热固性树脂或加热的热塑性树脂可以分别允许薄片在固化或冷却之前取向。

[0062]具有设置在磁场中的磁性材料的薄片使磁力线扭曲。在场中最稳定的薄片状态是当薄片的极指向场的方向时。薄片一般旋转到其位置取向成降低***能量时。薄片所经受的扭距取决于很多因素，例如磁通的大小、薄片中的磁性结构和薄片的尺寸(杠杆臂)。

[0063]如果施加由箭头46表示的磁场，成形的薄片40将趋向于自发排列使得最长的尺寸基本上平行于磁力线。长边的长度相对于短边是没有限制的。通常，薄片表面的纵横比越大，沿施加磁场排列的趋势越大。不必所有的薄片都沿磁场排列以产生合适的光学效应。通常，一些薄片没有沿衍射图案或在衬底平面内很好地排列。

[0064]图2B是根据本发明另一个实施方式的磁性薄片50的简化顶视图。薄片为菱形，通常称为钻石形。薄片具有经过较尖的点52、52’的长轴，经过较宽的点54、54’的短轴。在由箭头46表示的磁场中，薄片趋向于排列成长轴基本上平行于磁场，如上面参考图2A所讨论的。

[0065]许多其它的形状可以制造成在磁场中排列的磁性薄片。图2A和2B所示的形状是需要的，因为它们可以利用基本上所有的涂覆表面。可以根据各种技术制造成形薄片。一个方法是在卷绕式镀膜机中对沉积衬底图案化以在需要的颗粒形状中具有表面特征，例如相对深的沟槽或高的脊，上述形状有助于从所需形状的沉积衬底、或在接下来的铣、磨或切削操作中除去薄膜层。作为选择，在从衬底分离薄膜层(薄片)之前可以激光切割例如PET膜辊的衬底。然后将可选的硬化层施加到薄膜叠层，该叠层(具有可选硬化层)与切割衬底分离。在另一个实施方式中，切割薄膜叠层，但不切割PET衬底。可以使用这些技术获得所需尺寸的薄片，而不需磨，并可以在具体尺寸范围内提供较高产量的薄片。磁性薄片可以在一个或两个主表面上包括法布里-珀罗(Fabry-Perot)型干涉结构和/或衍射光栅。衍射光栅可以排列成使沟槽沿磁场排列，或者沟槽可以与取向轴成另一个角度。

IV.图案化磁性层

[0066]图3A是根据本发明另一个实施方式的磁性薄片60的简化顶视图。所示的薄片具有任意的、不规则的形状，但可以选择成形。已经沉积了磁性材料的条纹62，并且条纹趋向于沿磁场46排列。例如可以通过荫罩沉积磁性材料的条纹。例如，在卷绕式镀膜机中的沉积衬底上或者在薄片的表面上或者作为薄片中的中间层，沉积磁性材料的条纹。条纹可以相对的薄，以避免不当地影响薄片的光学特性。

[0067]图3B是示有横截面中的边缘的浮雕沉积衬底72上的一部分涂覆叠层70的简化透视图。在浮雕衬底上沉积涂覆叠层的第一透明层74。然后沉积反射层76，接着是第二透明层78。在沉积衬底上浮雕的衍射光栅图案保持在整个层。磁“针”80形成在衍射光栅结构的高点上。其它的磁针(未示出)可以类似地形成在脊之间的“谷”中，或者在一些事例中仅形成在脊上。

[0068]现在认为，由于在沉积期间的成核动力学或“阴影”效应，磁性材料优先沉积在脊上和/或谷中。在沟槽底部和沟槽顶部之间蒸汽密度不同，光栅侧壁的斜度完全可以影响磁性材料如何沉积在衍射光栅上。换句话说，可以存在一个以上的原因形成这样的针。

[0069]作为选择，在涂覆叠层可以包括两个反射层，反射层位于硬化层(例如MgF₂层)的任一侧上。。反射层可以是不透明的铝。尽管MgF₂是基本上透明的材料，但对于反射层之间的材料，透明不是必须的。可以在第二铝层上或其它地方沉积磁性层以形成磁针。

[0070]在一个实施方式中，通过使用电子束蒸发在第二透明层上沉积50纳米厚的镍层形成磁针。发现200纳米厚的镍层不形成针，但如果磁性薄片本身已成形，那么根据本发明可以使用该镍层形成磁性薄片。认为较薄的镍层至少磁性上不连续，并且形成沿衍射光栅图案排列的磁针。一些针与磁性材料的薄部分至少部分连接，但很薄的部分不能形成强磁畴，因此该层磁性上不连续。在一些情况下，磁性膜(层)可以具有不同的厚度。在衍射光栅的方向具有较强的磁矩，因此有助于在磁场中颗粒的排列。进一步认为薄于50纳米的镍层可以形成沿一些衍射光栅图案排列的不连续的磁性层，并且在50纳米到200纳米之间厚的磁性层在一些情况下可以形成针。

[0071]沟槽衍射光栅也可以有助于制造具有所需形状的薄片。在一些实施方式中，薄膜叠层趋向于沿衍射光栅的沟槽断裂。这导致薄片在沟槽方向的尺寸较长，横跨沟槽的尺寸较短。这种纵横比可以有助于所得薄片的磁性或流体排列以形成图像。

[0072]一般需要避免在与油墨或涂料载体混合或施加到衬底以形成图像之前对薄片永久磁化，因为它们易于结块。足够薄的磁性材料层避免了薄片显著的永久磁化。如果小的磁性材料出现在薄片中，可能在施加期间需要较强的磁场来排列颜料薄片，或者将磁场施加较长的时期，在这种情况下使载体较长时间保持流体状态是合适的。

[0073]图3C是根据本发明另一个实施方式的磁性衍射薄片71的简化横截面。通过在例如浮雕的PET膜的浮雕衬底上沉积薄膜层制造薄片，从沉积衬底分离薄膜层，然后磨制薄片并将其拣选(sort)成所需的尺寸。薄片包括第一MgF₂层73、第一铝反射层75、形成磁性不连续层并在光栅衍射峰上示为针的50纳米的镍层77、第二铝层79和第二MgF₂层81。

[0074]图3D是根据本发明另一个实施方式的变色衍射薄片83的简化横截面。薄片是对称的，具有吸收层84、分隔层85、反射层86、磁性层87，以及另一反射层86’、另一分隔层85’、另一吸收层84’，在一些实施方式中磁性层87具有选定的厚度以在衍射光栅上形成磁性不连续层，即磁针。可以将衍射光栅浮雕到卷绕式镀膜衬底上，例如具有浮雕层的PET膜。层的顺序仅是示例性的，可以制造不对称或非对称的颜料。

[0075]通过沉积8纳米厚的第一吸收铬层、530纳米处四个光学厚度为四分之一波长的的第一MgF₂分隔层、80纳米厚的第一铝反射层、50纳米厚的镍磁性层、与第一反射层基本相同的第二反射层、与第一分隔层基本相同的第二分隔层、以及与第一吸收层基本相同的第二吸收层来制造绿—蓝变色衍射薄片。在卷绕式镀膜机中的浮雕膜(网)上沉积这些层，然后与网(WEB)分离并加工成薄片。

[0076]通过沉积8纳米厚铬的第一吸收层、605纳米处两个光学厚度为四分之一波长的第一MgF₂分隔层、80纳米厚的第一铝反射层、50纳米厚的镍磁性层、与第一反射层基本相同的第二反射层、与第一分隔层基本相同的第二分隔层、以及与第一吸收层基本相同的第二吸收层来制造金到银变色衍射薄片。在卷绕式镀膜机中的浮雕膜(网)上沉积这些层，然后与网分离并加工成薄片。

[0077]通过沉积530纳米处四个光学厚度为四分之一波长的MgF₂层、50纳米厚的镍磁性层、以及另一530纳米处四个光学厚度为四分之一波长的MgF₂层来制造银色薄片。认为可以使用高折射率和低折射率的介电材料以及例如Fe₃O₄的磁性氧化物的交替层来制造浅色(透明颜色)的两色或变色衍射颜料。通过在图案化的(例如浮雕的)衬底上沉积这些层，将衍射光栅图案给予薄片，接着薄片与衬底分离。名义上五层设计的示例是HLHLH叠层，其中H表示高折射率材料层，L表示具有选择光学厚度的低折射率材料层。可以在叠层的许多位置沉积磁性材料层，例如在中心H层上。可以要求例如7层或9层设计的其它设计。同样，LHLHL型结构是需要的，包括7层或9层设计，以及具有更多或更少层的设计。

V.可印刷图像

[0078]具有根据本发明实施方式的衍射光栅的磁性颜料颗粒可以用于产生许多效应，例如DOVID或极化器。通常，当衍射光栅被照亮时，观察者在基本上垂直于光栅沟槽的方向看的将看见衍射光，而当观察者沿光栅中的沟槽看时将看不见衍射光。因此，随视角的旋转，像素的外观改变。外观的不同可以包括色变以及亮度。需要排列衍射颜料薄片以获得较强的衍射效应或产生如像素图、点图或动态全息图的图像。例如，如果更多的薄片位于相同的平面，一般但不必须是衬底平面，通常将获得更多的所宣称的光学效应。通过选择衍射光栅的取向，或者通过使用具有不同间隔的衍射光栅可以获得这些效应。例如器件的一个区域具有1400线/毫米的线性光栅间隔的薄片，而另一个区域具有2000线/毫米的线性光栅间隔的薄片。一个区域呈现绿色，而另一个区域呈现红色。随着视角的改变，观察者从每个区域会观察到不同的光学效应。

[0079]图4是用根据本发明一个实施方式的衍射颜料薄片印刷的图像90的简化顶视图。所示图像具有任意的边界和三个区，用该区中衍射薄片的光栅图案中的有代表性的图案表示每个区。用包含具有相对细间距的沟槽衍射光栅的第一种衍射颜料的油墨印刷第一区92。在一个示例中，第一区的衍射颜料薄片未经排列。用包含具有相对较粗间距的沟槽衍射光栅的第二种衍射颜料的油墨印刷第二区94。在本例中，不必排列衍射颜料薄片，但具有不同的衍射图案，其由第二区线间的较高间隔示出。例如，用具有带交叉光栅的衍射颜料薄片的油墨印刷第三区96。该第三区被包括仅用于示出不同区的颜料薄片可以具有不同的间隔，或具有不同的图案，并且形成图像仅需要两种区。

[0080]在另一个示例中，在一个或多个区中的衍射颜料可以在选定的方向上排列。例如，在第一区92中的颜料薄片可以排列成衍射光栅或多或少沿场中的场线排列。可以以不同方向或随机排列第二区94中的颜料薄片。实际上，它们可以是用于印刷第一区的相同类型的薄片。当在适当角度的光下观察时，或当旋转印刷介质时会出现图像。

[0081]如果用类似的薄片印刷第一区92和第二区94，则一个区磁性排列，另一个区未排列或以不同角度排列，在一些观察条件下不可能出现图像，图像显示为均匀的区，例如银色或浅灰区。随着图像、光源和/或视角的变化，图像将出现。

[0082]使用衍射颜料技术也可以产生其它类型的图像。许多图像由大量的图像单元(“像素”)或点组成。图像可以是简单的图像，或可以是全息的图像。一些DOVID可以显示为物体的三维图像，其它的DOVID可以随着视角而改变图像，或者显示为赋予图像动感。

[0083]图5是用磁性取向衍射薄片印刷的一部分图像100的简化顶视图。图像部分由基本上在网格上布置的九个像素组成。该结构仅是示例性的，像素不必是方形的，或不必是相同的形状或尺寸。其它的实施方式可以使用点代替像素形成图像。

[0084]在许多应用中，像素至少是矩形的并具有相同的尺寸。在一些应用中，像素彼此不邻接，未印刷区域的窄的“小道”将像素隔开。一些像素102选择未印刷。其它像素104选择用普通油墨、黑色油墨或彩色油墨印刷。同样，可以使用具有非磁性衍射颜料或使用随机取向磁性衍射颜料薄片印刷像素。用油墨印刷其它示出的像素，该油墨包括沿选定的方向取向的磁性衍射颜料薄片。

[0085]通过在施加油墨之前、之中或之后提供磁场而将磁性衍射颜料薄片在像素内取向。出于讨论和说明的简化，像素被示为具有多个任意形状的颗粒。在另一个实施方式中，像素可以包含选定形状的磁性衍射薄片。术语“取向的”指的是在取向薄片上的衍射光栅充分排列以产生与从类似的但任意取向的薄片观察到的效应可区分的聚集效应。“取向的”指的是大多数薄片以这样的方式排列：它们的沟槽平行或几乎平行。在另一个实施方式中，衍射薄片未按任何像素排列，但在不同的像素中衍射光栅图案是不同的，在几个像素的每一个中可以使用几个不同的衍射光栅。在进一步的实施方式中，使用不同的衍射光栅图案，并且以选定的方式排列一个或多个颜料薄片。

[0086]由在图示中以水平或垂直方向延伸的平行线106、108表示薄片上的衍射图案。光栅不必沿像素边缘排列，图像可以包含几个不同的经排列的像素和/或点组。在由方框箭头110表示的具体普通取向的白光光束下，每个区域光栅(像素)可以按选定的方向衍射光。光以垂直于主光栅衍射方向的方向衍射，即从垂直排列的像素光栅水平衍射光，并从水平排列的像素光栅垂直衍射光。通常，带“水平”线的薄片具有聚集(aggregate)效应，这样用方框箭头107表示的观察方向表示来自那些像素的衍射光，并且同样，由方框箭头109表示的观察方向代表垂直排列的衍射光栅的衍射光。为了看见由垂直排列的像素108产生的图像，入射光应该来自箭头110’的方向，并从方框箭头109的方向观察。

[0087]在另一个实施方式中，一组像素可以包含具有交叉衍射光栅的薄片。图像不必包含相等种类数的像素，并且具有相同衍射光栅取向的像素可以彼此邻接。可以理解，不是所有的薄片需要在像素内彼此完美的排列。

[0088]对于每个“种类”，即像素的排列方向或光栅周期，可采用不同的线性光栅频率和/或沟槽取向，。在一些实施方式中，像素可以包含任意取向的衍射颜料薄片，该薄片在形成图像的不同像素中具有不同的衍射光栅。可以使用不同像素种类的全体(ensembles)构成不同的图像。当视角变化或旋转印刷物体时，这可以为每个采用一组像素获得的图像产生动态效应。同样，通过不同种类的像素的适当分布可以在印刷区域构成一个以上的图像。薄片和像素的相对尺寸不成比例。像素在大约50微米到大约1000微米的数量级，而衍射薄片一般在大约5微米到大约50微米的数量级。

[0089]图6A-6D示出当用磁性取向衍射颜料薄片印刷光学可变图像时如何能出现不同的图像。图6A是印刷DOVID 120的简化顶视图。三个字母，“A”122、“B”124和“C”126用重叠区域印刷。为了说明简化，在图中仅示出字母的轮廓。实际的DOVID可以埋入非衍射或随机衍射区。例如，在图6A中为普通(plain)纸的背景，可以用相同油墨印刷为字母，但未经磁性排列，或用非衍射油墨印刷，或留空。

[0090]每个字母的图像由几个像素组成。包括单个字母的像素组包括具有在特定方向取向的衍射颜料薄片的像素。当观察者从基本上垂直于组成图像的衍射颜料薄片的衍射光栅看DOVID时，观察者观察到图像。当他改变视角时，例如通过旋转DOVID时，观察者观察到其它的图像。如果用具有薄膜干涉结构的衍射颜料印刷一个或多个字母，倾斜图像会产生变色特征及衍射色变。

[0091]在这些区域中，其中一个图像与另外的图像重叠，用于各种图像的像素交错，即包括字母“A”的衍射像素散布在包括字母“B”和“C”的衍射像素中。不必每个图像在重叠区都具有相当数量的像素，一些像素可以是未印刷的、用非衍射油墨印刷、或用随机取向衍射颜料薄片印刷来调整图像的密度或其它特征。

[0092]在复印机上光复印DOVID不会保持图像的光学可变效应。可以出现一个或多个字母，但图像不会随旋转而改变。所以，印刷的DOVID可以用作文件或其它物体上的防伪或真实性特征。可以通过具有大于3000线/毫米的光栅间隔的衍射颜料提供隐形防伪，对肉眼它是不可见的，但用紫外相机或检测器可以检测到。

[0093]图6B是当从箭头128表示的方向观察时图6A的DOVID的平面图。用虚线表示其它字母以表示从该方向看它们是不明显的，因为包括这些字母的像素的取向衍射薄片在观察方向不衍射光。图6C是当从箭头130表示的方向观察时图6A的DOVID的平面图，图6D是当从箭头132表示的方向观察时图6A的DOVID的平面图。在图6B-6D中横跨字母的线表示聚集有效的衍射光栅图案，用于在构成各图像的像素中的衍射颜料薄片的定向。

[0094]图7是动态图像140的简化表示，其示出图像如何随页的旋转而出现移动。用沿第一方向排列的取向衍射颜料薄片印刷图像142的第一版，由表示在颜料薄片上的衍射沟槽的主要方向的垂直线144表示第一方向。用在非垂直角度的由线148表示的衍射沟槽印刷图像146的第二版，用基本上平行的衍射沟槽印刷图像150的第三版，如线152所示。照射源由方框箭头154表示，观察的最初方向由箭头156表示。

[0095]随着DOVID在完全箭头158的方向旋转，图像在箭头160的方向显示出移动。所有三版图像都可以印刷在具有随机排列衍射薄片的类似油墨的背景上，使得图像不会很明显，除非在正确的条件下观察。

[0096]使用衍射磁性颜料薄片可以获得其它的效应。在一种情况下，将环形磁铁设置在制卡片的纸料后面。用刮墨刀(实际上是薄的、窄的不锈钢刮刀)在与磁铁相对的制卡片的纸料的一侧吸引在透明粘结剂中的衍射磁性薄片。所得的图像具有三维“白点”的印象。现在认为，通过倾斜和旋转薄片，衍射磁性颜料薄片沿磁力线排列。在另一个示例中，颜料被用作喷漆。

VI.施加和排列方法

[0097]可以用许多方式排列磁性颜料薄片。磁场可以用于在将颜料施加到介质上之前、之中或之后排列颜料薄片，或者在工艺的几个部分或在整个工艺施加磁场。例如，通过印刷、干燥、粉体涂装或油漆设备施加磁场以便排列，或在施加前预排列薄片，并且可以在将颜料薄片已经施加到介质之后施加磁场。同样，当颜料薄片被施加到介质，可以磁化例如喷头、辊或丝网的施加设备来排列此颜料薄片。合适介质的示例包括纸、塑料、金属、木材、皮革和纤维。典型的印刷技术包括照相凹版印刷、压印、凹版(Intaglio)印刷、柔版印刷、网版印刷、喷墨印刷和平版印刷，并且可以使用印刷技术的组合生成图像。在喷出或注入塑料颗粒或膜的成型期间，通过使用磁场或作为流体趋向于沿流动方向排列衍射光栅的结果也可以排列衍射颜料。

[0098]如果使用利用转印辊的印刷技术，则可以磁化油墨源(容器)以便在它们被辊收集之前使颜料薄片取向。随着颜料转移到所需介质，该取向被基本上保持。同样，在丝网印刷技术中，可以施加横跨丝网或丝网元件的磁场以排列颜料薄片，或者当油墨或涂料被横跨丝网牵引时，可以通过磁化刮墨板来排列薄片。在这种情况下，仅通过改变牵引方向就可以获得薄片的不同取向。

[0099]在许多应用中都可以使用印刷或着色的图像。例如，印刷的DOVID可以用作钞票、旅行支票、软件介质和***上的防伪和真实性特征。可以直接将DOVID印刷在介质上，或者印刷在转印膜或例如热箔的箔上，然后再施加(热压)到介质。任何一种方法都提供DOVID而不必制造母版全息图。这本身又在提供图像方面提供了灵活性。例如，可以使用衍射光学可变日期码。与之相比，使用常规技术制造母版全息图，特别是只用于一次使用的情况，是昂贵且耗时的。然而，伪造者已经获得了制造母版全息图装置的方法，因此这种设备变得较容易伪造。

[00100]在其它情况下，可以磁化介质本身。例如，通过将在选择图案中的剩磁赋予钢图案，可以在钢板上制造标牌或标志。包含磁性颜料薄片的涂料在具有充分磁场的区域中排列，在具有很小或没有磁场的区域中不排列。同样，具有永久和/或电磁或磁流体的磁性模板可以放置在板的后面，板可以是例如金属、塑料、或木板，以便在它们被施加到板后排列磁性薄片。其它的技术可以将磁化的线或颗粒施加或埋在介质中或介质上，或者将磁流体施加到与颜料薄片相对的衬底一侧。然后，接下来施加的涂料或油墨中的磁性衍射颜料颗粒会按磁性材料排列。衍射颜料的取向也可以使其它的不另外定向的非磁性颗粒排列，例如微线。可以在施加到衬底表面之前排列薄片，例如通过使用过滤式阴极弧沉积技术，在到衬底的轨迹期间排列薄片。

[00101]根据本发明实施方式，许多不同的载体可以与颜料薄片一起使用。例如，涂料载体可以与颜料薄片结合而提供涂料配方(formulation)，油墨载体可以与颜料薄片结合而提供油墨配方，粉体涂装粘合剂可以与颜料薄片结合而提供粉体涂装配方。粉体涂装材料应该是预配制的，因为在施加期间磁性颜料可能铺展，由此仅一小部分将达到被涂覆的物体。在一些应用中，例如快干油墨配方，运载体或载体可以是相对易挥发的，或者可以被快速吸收到介质中，例如纸。在施加之前排列颜料薄片的技术可以与该快干或快速固定的载体相适合。例如，使用照相凹版印刷，油墨接收器可以在惰辊(idler)接收油墨之前被磁化。

[00102]其它技术可以使用较慢的干燥或较慢的固定载体。例如，自动涂料配方可以使用至少在几分钟内保持相对流体的聚氨酯载体。在施加之前可以排列薄片，当涂料固化时取向被保持，或者薄片可以被施以任何方向而后通过施加磁场来使其排列。薄片一般沿介质表面排列，这有助于在薄片平面中定向衍射光栅。其它的载体可以保持流体一直到选择固化，例如使用红外、紫外或其它光或热固化的载体。

[00103]在其它实施方式中，磁性衍射颜料薄片可以被包括在聚合膜中，例如挤压膜。通常挤压成型工艺在膜平面内排列薄片，并且模被挤压来在薄片平面中排列衍射光栅时，可以施加磁场。同样，可以在聚合物中铸造磁性衍射颜料薄片，并在铸造前或当聚合物仍为流体时，磁性衍射颜料薄片被磁性排列。这样的技术包括：排列薄片平面和薄片表面中衍射光栅的旋转方向。

[00104]可以用在聚合物膜中的材料的示例包括含水的聚合物、比如聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚(乙氧乙烯)、聚(甲氧乙烯)、聚(丙烯)酸、聚(丙烯酰胺)、聚(环氧乙烷)、聚(马来酐)、羟乙基纤维素、醋酸纤维素，可以使用多糖(saccharides)，比如***树胶和果胶。如果利用有机溶剂基体，可以使用任何可溶解的聚合物***。这可以包括列在上面含水示例示例中的那些聚合物，但还可以包括另外的聚(乙缩醛)，比如聚乙烯醇缩丁醛、聚(卤乙烯)，比如聚氯乙烯和聚乙烯撑(聚次亚乙烯)氯化物、聚(二烯)，比如聚丁二烯、聚(烯烃)，比如聚乙烯、聚(丙烯酸盐)，比如聚丙烯酸甲酯、聚(异丁烯酸)，比如聚异丁烯酸甲脂、聚(碳酸盐)，比如聚羟基环己酯(oxycarbonyloxyhexamethylene)、聚(酯)，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(聚氨酯橡胶)、聚(硅氧烷)、聚硫(sulphides)、聚(砜)、聚乙烯腈(vinylnitriles)、聚(丙烯腈)、聚(苯乙烯)、聚(苯撑)，例如聚2，5二羟-1，4-亚本基乙烯(phenyleneethylene)、聚(酰胺)、天然橡胶、甲醛(formaldehyde)树脂及其他聚合物。

[00105]图8A为根据本发明的实施方式在介质800上形成图像的方法的简化流程图。在图像的第一区中排列衍射颜料薄片(步骤802)。排列可以发生在将衍射颜料薄片施加到介质之前、之中或之后。

[00106]图8B为根据本发明另一个实施方式排列颜料薄片810的方法的简化流程图。提供具有在薄片的平面中可排列的磁性结构的颜料薄片(步骤812)。该磁性结构可以是基本上均匀的、能够由于薄片的形状而排列的磁性材料层，或者可以是非均匀的磁性材料层，例如在衍射光栅上形成的条纹或针。横跨颜料薄片施加磁场以便在薄片的平面中排列颜料薄片(步骤814)。在具体的实施方式中，磁性颜料薄片具有衍射光栅，而且衍射光栅根据所施加的磁场以选定的方向排列。

[00107]图8C为根据本发明另一个实施方式印刷光学可变图像820的方法的简化流程图。在介质上设置具有以第一选择方向排列的衍射颜料薄片的第一多个像素(步骤822)。在介质上设置具有以第二选择方向排列的衍射颜料薄片的第二多个像素(步骤824)。可以包括具有以另外方向排列的衍射薄片的另外的像素。排列可以在箔的平面中，或以所需的角度倾斜。步骤的顺序没有限制，一些工艺可以允许不同的像素组被同时施加到介质。可以用非取向的衍射颜料薄片或非衍射颜料印刷其它的像素，或者留空。同样，可以在另一个图像上印刷光学可变图像或图像的一部分，或者另一个图像可以覆盖光学可变图像或图像的一部分。

[00108]通过施加与薄片施加到的介质不共面的磁场，也可以按所需的倾斜以及按衍射光栅的所需取向排列薄片。例如，条形磁铁的末端磁极可以放置在卡片下面，衍射薄片已经横跨卡片伸展。弯曲场线产生动态的、不寻常的三维“眼”效应。使用条、盘和环形磁铁的边缘获得类似的效应。当靠着卡的后面设置环形磁铁的面时，在衍射颜料中产生多个三维环效应。可使用多种技术，包括丝网印刷、铺展和喷涂，将磁性衍射颜料施加到介质。

VII.实验结果

[00109]制造几种磁性衍射颜料薄片并测试其光学性能。一般通过在浮雕PET膜上沉积薄膜层、然后将薄膜层与沉积衬底分离并磨制和拣选薄片来制造薄片。然后将薄片与作为载体的粘结剂混合，例如由美国杜邦公司(E.I.DU PONT DE NEMOURS ANDCOMPANY)销售的150K^TM底漆。也可以用其它合适的粘结剂和载体，例如色系(CHROMASYSTEMS)粘结剂，底漆制造商也来自美国杜邦公司(E.I.DU PONT DENEMOURS AND COMPANY)，以及其它供应商的其它产品。使用刮墨刀牵拉颜料，混合物被铺展到卡片上。横跨卡片拉刮墨刀通常使在卡片平面中的颜料薄片变平。将一个磁铁放置在卡片边缘使得磁铁的北极靠近卡片边缘。将第二磁铁放置在卡片的对侧边缘，其南极靠近卡片边缘。这在第一磁铁的北极和在第二磁铁的南极之间建立了磁场。薄片在横跨磁铁之间的区域被牵引以排列衍射光栅，磁铁相距大约七英寸。所以，排列的衍射颜料薄片与可以使用母版全息图、或浮雕反射体的连续片的常规技术制造的箔相仿。

[00110]在另一个示例中，在牵拉(draw down)颜料薄片之后施加磁场。当将相对的(北—南)磁极彼此面对地放置在卡片下面时，载体可保持充分的流动性被，此时颜料薄片已经横跨卡片被牵引。颜料薄片具有沿衍射光栅图案形成的磁针，磁针沿磁极间的磁力线自发排列。

[00111]使用光谱计(goniospectrophotometer)测量样品的色变。在光电探测器上使用扫描罩(mask)。根据标准的CIE^TM _LAB颜色测量惯例，“a”轴在负方向表示绿色和在正方向表示红色，“b”轴在负方向表示蓝色和在正方向表示黄色。一般来说，曲线离起源越远，当从此方向看时，给定亮度的颜色的色彩越多。出于说明清楚的目的，绝对观察角被省略，但数据点的间隔大约为2度。

[00112]图9A是根据本发明一个实施方式的磁性排列衍射颜料薄片的色变的简化图900。在用1400线/毫米浮雕的PET膜上制造颜料薄片，然后从沉积衬底剥离。薄片结构是MgF₂-Al-Ni-Al-MgF₂(通常参见图3C)。氟化镁层大约为400纳米厚以便给所得薄片提供硬度，并且使得易于加工。它们对光学性能没有要求，并可以使用其它的材料。在一些实施方式中，这些层可以用于提供环境保护或折射率匹配。铝层大约为80纳米厚，它通常是不透明的明亮的反射体。在其它实施方式中，可以使用或者省略更薄或更厚的反射层。在本实施方式和在图9B-9E中所示的实施方式中镍层大约为50纳米厚，并看上去沿沟槽沉积，产生磁针。该薄片具有亮银色的外观。

[00113]第一曲线902示出了当样品，即沟槽取向，在大约-33度904到大约80度906之间旋转时，用45度入射光束并垂直于施加场或衍射光栅(施加磁场)照射的样品的色变，镜面反射907基本上发生在大约45度视角。第二曲线908示出当样品通过基本上相同的弧旋转，用平行于衍射光栅的入射光束照射的样品的色变。与第二曲线908相比，第一曲线902具有高度的色变。第二曲线从起点的本质上的来回特性显示了相对小的色变，其不具有衍射干涉效应的特征。

[00114]图9B是根据本发明一个实施方式的磁性排列衍射颜料薄片的色变的简化图910。和图9A示出的示例基本上相同的方式制造磁性衍射薄片，但采用2000线/毫米的光栅在沉积衬底上浮雕。所得的薄片同样混合入载体中，并使用刮墨刀牵拉两个磁铁间的薄片来使其在卡片上铺展，磁铁在卡片平面中提供磁场以排列薄片。据分析所有的样品在45度入射，观察角度为负33到80度，步长为两度。

[00115]第一曲线912表示用垂直于薄片聚集衍射光栅的入射光束照射的样品的色变。第二曲线914表示用垂直于聚集衍射光栅的入射光束照射的样品的色变。以一些视角观察，该样品在使用垂直于磁场的照射源时显示出宽的色变，但在剩下的范围内具有相对小的色变或色度。第二曲线显示出相对低的色变。

[00116]图9C是根据本发明一个实施方式的磁性排列衍射颜料薄片的色变的简化图920。注意在“a”轴和在负的“b”轴上的比例的变化。和图9A示出的示例基本上相同的方式制造磁性衍射薄片，但采用3000线/毫米的光栅在沉积衬底上浮雕。所得的薄片同样混合入载体中，并使用刮墨刀牵拉两个磁铁间的薄片来使其在卡片上铺展，磁铁在卡片平面中提供磁场以排列薄片。

[00117]第一曲线922表示用垂直于薄片聚集衍射光栅的入射光束照射的样品的色变。第二曲线924表示用平行于聚集衍射光栅的入射光束照射的样品的色变。该样品在使用垂直于磁场的照射源时显示出适中的色变，特别是从无色中心到+a、-b象限的相对快的转变。第二曲线显示出相对低的色变和相对低的色度。

[00118]对于45度入射，在90度视角我们可以看见紫(400纳米)和淡绿(大约550纳米)的颜色。这对应于第一级波长。在该光栅频率下，对于大于550纳米的波长，负一级衍射反射在地平线下(光栅平面)。

[00119]图9D是根据本发明一个实施方式的磁性排列衍射颜料薄片的色变的简化图。注意比例的变化。和图9A示出的采用1400线/毫米的光栅在沉积衬底上浮雕的示例基本上相同的方式制造磁性衍射薄片，但没有铝层。50纳米的镍层用作反射体。样品的总体外观不如用铝反射层制造的类似样品亮(更暗)。所得的薄片同样混合入载体中，并使用刮墨刀牵拉两个磁铁间的薄片来使其在卡片上铺展，磁铁在卡片平面中提供磁场以排列薄片。

[00120]第一曲线932表示用垂直于薄片聚集衍射光栅的入射光束照射的样品的色变。第二曲线934表示用平行于聚集衍射光栅的入射光束照射的样品的色变。

[00121]图9E是根据本发明一个实施方式的磁性排列衍射颜料薄片的色变的简化图940。这种设计产生金到银的颜色变化效应。注意比例与其它的图不同。采用1400线/毫米的光栅在沉积衬底上浮雕制造磁性衍射薄片，但采用不同的光学设计。薄膜叠层包括在MgF₂层上的半透明铬层(即吸收层)。换句话说，薄膜结构是Cr-MgF₂-Al-Ni-Al-MgF₂-Cr。MgF₂层为法布里-珀罗(Fabry-Perot)滤色器提供硬度和分隔层，尽管在用衍射光栅图案化的反射体上可以形成法布里-珀罗(Fabry-Perot)类型的干涉结构。所得的薄片同样混合入载体中，并使用刮墨刀牵拉两个磁铁间的薄片来使其在卡片上铺展，磁铁在卡片平面中提供磁场以排列薄片。

[00122]第一曲线942表示用垂直于薄片聚集衍射光栅的入射光束照射的样品的色变。第二曲线944表示用平行于聚集衍射光栅的入射光束照射的样品的色变。当照射下的样品倾斜时，该样品总的印象是金色的区变成银色，当用垂直于薄片取向沟槽(衍射光栅)的高度取向的光束照射时，呈现衍射效应。

[00123]现在认为，用不同的光学设计可以获得不同的效应。例如，氮化钛(TiN)可以用作反射体材料来将金色的底色赋予衍射薄片。同样，金可为衍射薄片应用制造优秀的反射体。铜仍可以用于获得其它的底色和变色。

[00124]现在转到图10a，照片示出具有相对于其中的衍射沟槽取向的多个磁性可排列薄片，该取向是随机的，所以薄片彼此没有排列或以特殊方式取向。在该典型实施方式中，周期性沟槽薄片具有相同的图案，其具有500沟槽或波纹线/毫米。在该实施方式中，将薄片置于粘性流体中，例如泵油，模拟薄片通常使用的油墨的标准负载。图10a所示的配方是低浓度的，用于示出薄片的取向或没有取向。相反，图10b示出在标有北和南的两个磁铁之间施加磁场之后的相同的薄片样品。在柱状结构中，衍射薄片趋向于排列成其沟槽平行于磁场。令人惊奇的是，用场排列的平行沟槽基本上独立于薄片的形状和尺寸排列。

[00125]图11示意性地示出根据本发明实施方式的丝网平坦印刷装置及方法。该布置不同于常规的丝网印刷工艺，上述工艺通过耦合到刮墨板(squeegee)107的两个磁铁109a、109b，用于在两个磁铁之间的磁场中施加油墨，以便以这样的方式使磁性可排列薄片定向：其中薄片上的衍射光栅线或沟槽按磁场排列。具有模版和丝网103的框架101被设置在要印刷的衬底105的上面。第一磁铁109a位于刮墨板107的后面，第二磁铁109b设置在衬底105的后面。根据优选结构，这两个磁铁可以机械连接，或可以与两个同步***在平行位置同时移动。磁铁的尺寸和相对位置将取决于模版和衬底之间磁场强度、印刷速度和距离等。在衬底上示出具有根据衍射光栅线取向的薄片的印刷区域108。

[00126]图12示出图11装置的放大区域，其中可以看见与薄片沟槽有关的薄片112的取向和薄片固化的区域。在图中示出了按磁场排列的沟槽取向和刮墨板107的位置的细节。薄片和沟槽取向类似于图10b所示的取向。随着刮墨板107机械移动并铺展油墨，薄片被压靠在衬底105上并保持它们的沟槽取向。设置紫外(UV)、电子束或热固化台114以便在印刷油墨区域固定薄片的位置。方便的是，磁铁/刮墨板***的旋转将产生另一系列的像素、点或区域，它们具有与衬底平行的薄片，但与衬底平面中的沟槽方向不同，如图13所示。在薄片上或薄片中的光栅线沿着磁场方向；并且，薄片基本上以最忧的方向展平，因此沟槽或线平行于磁场。

[00127]在可选实施方式中，如图12b所示，用单个磁铁111代替具有彼此面对的N-S极的两个磁铁，该单个磁铁111可以位于刮墨板的后面或前面以产生薄片的磁性排列。

[00128]现在参考图13，其示出了两个窗口130和132，它们都具有形成其中的印刷图像。在具有光栅线或沟槽的两个图像中的薄片沿特定的但不同的方向取向。这通过改变横跨衬底移动的刮墨板的方向来完成。

[00129]图14示出了一个实施方式，它在一些方面类似于图11的实施方式。然而，图14具有印刷辊筒119和磁铁119a、119b、119c等。当衬底按箭头所示的方向前进时，它们在衬底115的区域中提供了磁场。在操作中，随着旋转，印刷辊筒119使衬底115(衬底即网)在辊和丝网103之间前进。当辊筒119转动时，位于辊筒119内部的磁铁依次前进到印刷区域，使得可以用取向的衍射薄片连续印刷衬底。

[00130]现在参考图15，其示出了本发明的一个实施方式，其中转轮卷筒式印刷装置包括附着到并覆盖印刷筒的丝网152。具有附加磁铁109a的印刷装置107的刮墨部分基本上和图11所示的相同。滚筒119基本上和图14中的滚筒相同。在操作中，印刷筒随滚筒119旋转到移动衬底115上的印刷区。

[00131]上述的实施方式主要关注于磁性可定向衍射薄片在磁场中的排列或取向。本发明的主要方面涉及如下发明的内容：非磁性半导体和介电薄片可以沿施加电场中的电力线的方向取向。

[00132]DC电场中的颗粒将被极化，并且电荷沿产生颗粒择优取向的“易”轴出现。如果极化颗粒的载荷相对的高，颗粒的+和-侧彼此吸引，产生类似在电极间的颗粒排列的链。该排列特征在产生特殊效应图像的印刷中确实是有用的。

[00133]在负载很低的情况下，DC场将有移动极化颗粒的趋势。带正电荷的颗粒的一侧趋向于向阴极移动，相反负电荷端或侧将被吸引到阳极。如果颗粒被很好的均匀极化，它将不移动。然而不可能具有相同量的电荷相对于易轴(easy-axis)占主要地位。一般期望电场是不均匀的，因为一个电极可以大于另一个电极，或者它们彼此可以不完全平行。在这些条件下颗粒将被吸引到具有较小尺寸的电极上，此处电场较高。

[00134]另一个重要的原因是环绕颗粒形成带电层，其中来自“部分”导电流体的+或-电荷分子(阳离子或阴离子)将被极化颗粒吸引。

[00135]AC(交流)电场通常更容易工作，因此是优选的。取决于电场的频率、流体的粘度和特性，将不产生流体带电层。在大多数情况下阳离子和阴离子的移动性将不足够高以跟随交流的变化频率。而且，在均匀电场上颗粒将没有向电极移动的趋势，因为电流是恒定变化的。然而，甚至对于AC电流，在不均匀AC场的情况下，颗粒将有被移置到一个电极的趋势。这将取决于不均匀的强度和流体的粘度。

[00136]图15a和16a是在施加电场前，即没有施加电场的不同放大倍率的显微图；图15b和16b是示出在油中悬浮的排列颗粒的图，模拟油墨中的薄片材料，并在施加1500V电场后。在该典型实施方式中，介电薄片具有在500线/毫米内的光栅。在施加电压的图中，薄片的柱状结构是明显的。该发明的内容导致用悬浮在载体，例如油墨中的颗粒印刷，其中通过施加电场可以提供特殊的视觉效应以便产生可分辩的可重复图像。提供施加电场，介电液体中的颗粒被极化以得到偶极矩。由于电场而出现的偶极矩受颗粒的形状、尺寸和体积的影响。举例来说，图14b显示在电场中简单形状颗粒的优选方向。椭圆和柱状颗粒都按电场排列。图15a、15b、16a、16b和17中的颜料具有500线/毫米的光栅衬底。所用的层是：50纳米MgF₂/100纳米Si/50纳米MgF₂。薄片悬浮在用于真空泵的硅油中。

[00137]多种材料可以用作在电场内排列的衍射颗粒。不仅是必须考虑的悬浮颗粒材料。通常，取向是颗粒和颗粒在其中的形成油墨的液体的介电常数差的函数。

[00138]已经发现，可以单独或组合使用聚合物、半导体和陶瓷(例如电介质)颗粒。

[00139]通过聚合物的示例认为，可以定向聚对苯撑苯并噻唑(p-苯撑-2，6-benzobisthiazole)(PBZT)，其是具有半导电性的液晶聚合物。形成衍射薄片的可定向非磁性材料的进一步的示例可以包括陶瓷，例如SiO₂、Al₂O₃，它们一般用作电流变流体。而且，Si、Ge等当然也可以用作金属半导体衍射薄片。

[00140]图17中所示的照片清楚地示出在施加的电场中，介电衍射薄片沿它们平行于电力线的印刷沟槽排列的趋势。在图17中，施加1500V的场。

[00141]至此，已经描述了排列和印刷的各种实施方式，使用了磁性排列薄片和用电场排列的半导体或介电材料的薄片。图18、19和20示出了排列衍射薄片的进一步的实施方式，它们不仅限于磁场排列。该装置可以被简单修改以用于在电场中排列非磁性薄片。

[00142]图21示出用于排列衍射薄片的更复杂但紧凑的布置。

[00143]图18所示的实施方式特别实用，因为它提供了这样的装置，其中全部在容器或器皿内排列薄片，包含薄片的油墨从容器或器皿直接施加到印刷辊，同时基本上保持预取向薄片的取向。在图18中，所示的衍射磁性薄片悬浮在容器184中，它们的沟槽彼此平行排列，并平行于北和南磁铁183和185之间的磁场。作为选择，这些磁铁可以用能够提供足够的电压以排列衍射电介质或半导体薄片或能够在电场内排列的任何衍射薄片的电极板替代。在该实施方式中，电场可排列的，即电介质或半导体薄片(尽管在图18中示为磁性薄片182)具有横跨整个薄片的沟槽或脊，其中相对的边缘被波纹化，波纹从边缘到边缘横跨整个薄片表面。所示的具有例如网纹(anilox)筒、柔版印刷筒或凹版(凹雕)印刷筒形式的可旋转印刷筒187与容器184内的油墨接触。通过相对旋转容器184或磁铁，同时保持印刷筒187固定，薄片的取向可以有目的的跟随磁场变化。如前所述，对于在电场中排列的薄片可以提供类似的布置，永磁铁可以替换成高压板以适用于排列将在电场中取向的颗粒。

[00144]图19中的印刷装置示出和图18类似的布置，其中第一凹版筒192a用于收集来自容器194的薄片，并且其中压印辊192b在移动衬底195上施加压力，迫使它接触筒192。在图20中示出类似的***，其中使用三个辊202a、202b和202c。第一网纹(anilox)辊202a接触容器中的油墨，也接触将场取向薄片的图像转印到移动网上的软印刷板202b。压印辊202c保证网195牢固地保持靠着压印辊。

[00145]图21示出更复杂紧凑的印刷装置，其中印刷筒210具有多个沿其圆周间隔开的条形磁铁214a、214b、214c、214d等。所示的磁场方向在环绕整个筒的相邻磁铁之间。筒210可以是网纹(anilox)、柔版、凹版或其它形式的印刷筒。尽管未示出，但在操作中，衬底将接触筒210的顶部，压印辊210保证衬底与筒210的充分接触。随着薄片被筒210卷起，它们在磁铁提供的磁场内排列。

[00146]作为选择，根据本发明的类似方案，环绕圆周间隔的条形磁铁214a、214b、214c、214d等可以用彼此面对的并与容器壁和油墨电绝缘的电场发生板替代，因此该布置可以使用电场定向薄片。在一个类似于图21的实施方式中，在该情况下电源可以设置在滚筒的内部或外部。如果电源在发动机外部，可以通过旋转轴提供电连接。电场的强度取决于薄片的介电常数和所使用的油墨介质。

[00147]现在转到图22，它是根据本发明一个实施方式的衍射薄片的侧视图。通过使用衍射薄片，施加的场将产生沿衍射薄片沟槽的排列。在这种方式中，薄片排列，当入射光垂直于薄片沟槽时，产生光散射或衍射。当由这些排列的衍射薄片形成的图像绕垂直轴旋转90度时，或者如果照射源相应改变，就不再能观察到散射，全部薄片表现为平的颜料。根据光栅的频率，光的散射和衍射将是不同的。对于低频光栅，将具有可以叠加的多个衍射级；当绕垂直轴旋转图像90度时，观察到的效应是暗的/亮的。对于高频光栅，仅有一个或部分衍射级产生可见的散射。在这些情况下，当相对于垂直轴以图22限定的y方向沿垂直轴倾斜时，图像将显示出衍射效应。当绕垂直轴旋转时这些效应将消失，因为薄片的沟槽将平行于照射方向取向。根据所使用的可在电场或磁场中排列或定向的薄片为其提供布置。

印刷错觉图像的例子

[00148]图23是印刷图像20a的简化横截面，根据本发明的一个实施方式，出于讨论的目的，其被称为“切换”光学效应，或者“翻滚”。翻滚包括第一印刷部分22a和第二印刷部分24a，由过渡25a分开。被例如油墨载体或涂料载体的载体28包围的颜料薄片26a在第一部分中平行于第一平面排列，第二部分中的颜料薄片26’a平行于第二平面排列。在横截面图中将薄片用短线表示。薄片为磁性薄片，即可以使用磁场排列的颜料薄片。它们可以或不可以保持剩磁。在每部分中不是所有的薄片彼此精确平行，或精确平行于排列的相应面，但总体效应基本上如图所示。图未按比例画出。典型的薄片可以是20微米宽、大约一微米厚，因此附图仅是示意性的。在诸如纸、塑料膜、层压片、卡片材料或其它表面的衬底29a上印刷或描绘图像。为了方便讨论，术语“印刷的”通常用于描述将载体中的颜料施加到表面，其可以包括其它的技术，包括其它可以称为“着色”的技术。

[00149]通常，垂直于薄片平面看的薄片是亮的，而沿平面边缘看的薄片是暗的。例如，来自照射源30的光从第一区域的薄片反射到观察者32。如果以箭头34所示的方向倾斜图像，那么第一区域22a中的薄片可以被连续地观察到，而光在第二区24a被反射。因此，在第一观察位置，第一区域是亮的，第二区域是暗的，而在第二观察位置，这些区将翻转，第一区变成暗的，第二区变成亮的。这提供了非常引人注目的视觉效应。同样，如果颜料薄片是变色的，一部分可以呈现第一颜色，另一部分呈现另一种颜色。

[00150]载体一般是透明的、清澈的或淡色的，薄片一般是完全反射的。例如，载体可以是淡绿的，薄片可以包括金属层，例如铝、金、镍、铂、或金属合金的薄膜，或者是金属薄片，例如镍或合金薄片。离开金属层穿过淡绿色载体反射的光可以呈现亮绿色，而连续观看的另一部分薄片可以呈现暗绿色或其它颜色。如果薄片仅是透明载体中的金属薄片，那么一部分图像可以呈现亮金属色，而另一部分是暗的。作为选择，可以用淡色层涂覆金属薄片，或者薄片可以包括光学干涉结构，例如吸收体—分隔体—反射体法布里-珀罗(Fabry-Perot)类型的结构。而且，可以在反射表面上形成衍射结构，用于提供增强和附加的安全特征。衍射结构可以具有形成在衍射表面中的简单的线性光栅，或可以具有更复杂的预定图案，其仅当放大时被识别，但当观察时具有总体效应。通过提供衍射反射层，通过简单地转动纸张、钞票或具有衍射薄片的结构，观察者看见颜色变化或亮度变化。

[00151]在美国专利号6692830中详细描述了制造衍射薄片的工艺。美国专利申请20030190473描述了制造彩色衍射薄片(专利US6,841,238)。制造磁性衍射薄片与制造衍射薄片类似，然而其中一层要求是磁性的。实际上，通过夹在Al层之间可以隐藏磁性层；以这种方式磁性层基本上不影响薄片的光学设计；或者可以同时起到薄膜干涉光学设计中的吸收体、电介质或反射体的光学活性作用。

[00152]图24是第一选择视角的衬底29a上的印刷图像20的简化平面图，衬底29a可以是文件，例如银行钞票或股票证书。印刷图像可以作为安全性和/或真实性特征，因为错觉图像不能影印，并且不能使用常规印刷技术制造。第一部分22a呈现亮色，第二部分24a呈现暗色。剖面线40表示图23所示的横截面。第一和第二部分之间的过渡25a相对的突然。例如，文件可以是银行钞票、股票证书或其它高价值印刷材料。

[00153]图26是根据本发明的另一个实施方式的活动光学器件的印刷图像42的简化横截面，出于讨论目的，它被称为“滚动条”。图像包括由在衬底29a上印刷的透明载体28包围的颜料薄片26a。颜料薄片以曲线方式排列。随着翻转，从颜料薄片面将光反射到观察者的滚动条区域比不直接将光反射到观察者的区域看起来更亮。当图像相对于视角(假设固定照射源)倾斜时，该图像具有呈现沿图像移动(“滚动”)的光带或条。

[00154]现在转到图27a，示出的图像为数字100，其中当图像沿轴270倾斜时可以看见滚动条效应。照射来自箔的上面。图像内的亮条呈现从中心位置沿数字“100”移动到它的下面区域。在这种情况下，图像由具有从图像中的顶到底取向的沟槽的衍射薄片组成，并且以这种方式倾斜，其不展示衍射效应。应该注意，以黑白示出的图27c到27e实际呈现为银色、蓝色和浅红色(未示出)。相反，由于构成图像的沟槽薄片的衍射特性，图27c到27e具有另外的效应。当从图27a中的位置旋转90度时，图27c到27e中的滚动条的图像变成衍射的。当相对于倾斜轴270前后倾斜时，由于入射光的衍射，在图27c中，在数字内的薄片的沟槽从左到右取向，并且随着图像的旋转，滚动条的颜色从镜面反射中的银色(c)变为紫—蓝(d)，最后变为黄—红，如图27e所示。变色效应取决于光栅频率和光学设计。由于沟槽取向，当旋转90度时，随着沟槽位于相对于入射光垂直取向的位置，图像的反射部分(条)显示出衍射效应。

[00155]磁性颗粒沿着与易磁化轴一致(此后称为“易轴”)的方向取向。衍射薄片具有平行于其沟槽或光栅线的易轴。有利的是，当暴露于外平面磁场时，衍射薄片将同时在平面外并沿光栅沟槽或线排列。

[00156]此前描述的衍射磁性取向薄片可以用于制造翻转图像、滚动条图像和其它要求薄片沿相对于衬底的平面外的“易轴”平行于衬底排列的图像。

[00157]在本发明的一个实施方式中可以使用滚筒，类似于结合磁场描述的实施方式，其中磁体设置在滚筒的外侧，将磁场引入滚筒内。通过具有基本上电绝缘的滚筒来实现使用电场，此滚筒具有在滚筒的相对区域或侧部设置的彼此绝缘的金属板，其中引入足够高的电压以产生电场。现在认为，将电极远离滚筒设置并且滚筒在电极之间，不会在滚筒内提供合适的场。

[00158]尽管上面已经关于各种具体的实施方式描述了本发明，但本发明可以包括在其它具体形式中而不脱离本发明的精神。因此，上面描述的实施方式示出了本发明，但不限制本发明，其由的权利要求书限定。在权利要求书的意思和范围内的所有修改和等同物都包括在它们的范围内。

[00159]在本发明中可以使用AC和DC电场；然而AC场是优选的，因为它们更可控。

Claims (22)

1.一种可定向的颜料颗粒，包括：

形成或已形成于其中的材料，具有从一个边缘到相对边缘，横跨所述颗粒的纵向线或脊的预定图案的衍射光栅，其中在存在外加电场时，所述材料和衍射光栅图案有助于颜料颗粒在沿所述光栅图案的线或脊的方向定向。

2.如权利要求1所述的可在电场中可定向的颜料颗粒，其中所述材料至少是半透明的。

3.如权利要求1所述的颜料颗粒，其中基本上所述整个颗粒在其中或其上具有纵向线脊或槽。

4.如权利要求1所述的可定向的颜料颗粒，其中所述材料具有在其中形成的衍射光栅，并且其中所述衍射光栅包括多个沟槽。

5.如权利要4所述的颜料颗粒，其中所述多个沟槽具有每毫米100线和每毫米5000线之间的间隔。

6.如权利要求1所述的颜料颗粒，分散在油墨载体中以提供油墨配方。

7.如权利要求1所述的颜料颗粒，分散在油墨载体中以提供涂料配方。

8.如权利要求1所述的颜料颗粒，分散在聚合片中，所述颜料颗粒的所述衍射光栅在所述片中选择定向。

9.根据权利要求1所限定的第一多个定向颜料颗粒形成的图像。

10.如权利要求9所述的图像，进一步包括第二多个衍射颜料颗粒，其具有与所述第一多个颜料颗粒不同的定向。

11.如权利要求10所述的图像，其中所述第一多个颜料颗粒包括具有第一线性光栅间隔的第一多个沟槽，并且其中所述第二多个颜料颗粒包括具有第二线性光栅间隔的第二多个沟槽，其中所述第一光栅线性间隔不同于所述第二光栅线性间隔。

12.一种使颜料颗粒定向的方法，包括如下步骤：

将具有在其中或其上形成衍射光栅的多个颜料颗粒施加到衬底；以及，

将所述颜料颗粒暴露于所述衬底附近的电场，由此所述颗粒在沿着平行于所述电场方向的所述光栅的线或脊的方向定向。

13.如权利要求12所述的使颜料颗粒定向的方法，其中所述施加所述多个颜料颗粒和将所述颗粒暴露到电场的步骤包括通过丝网用刮片施加所述颗粒的步骤，其中所述刮片耦合有用来提供电场的装置。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述衬底是可移动的，并从第一印刷位置前进到第二印刷位置。

15.如权利要求12所述的使颜料颗粒定向的方法，其中所述将其中或其上具有衍射光栅的多个颜料颗粒施加到衬底的步骤；以及，

将所述颜料颗粒暴露于所述衬底附近的电场以使所述颗粒以沿着平行于所述电场方向的所述光栅的线或脊的方向定向的步骤包括使用具有印刷滚筒和支撑滚筒的印刷装置。

16.使如权利要求1所述的颜料颗粒定向的装置，其上或其中具有衍射光栅，包括：

容器，用于容纳悬浮在流体中的所述衍射颜料颗粒；

几个电极，用于提供电场来使薄片定向，使得所述薄片上的衍射光栅沿至少第一和第二电极之间的电力线定向；以及，

滚筒，用于收集所述定向薄片并转印到第二级滚筒或辊或直接转印到所述衬底。

17.如权利要求16所述的装置，其中所述电极设置在所述滚筒内。

18.如权利要求16所述的装置，其中所述滚筒设置在所述电极之间。

19.如权利要求16所述的装置，其中所述电极形成所述容器外侧的一部分并通过所述容器的电绝缘区域彼此电绝缘，使得在所述至少第一和第二电极之间延伸的电力线横跨所述容器内部的区域。

20.如权利要求16所述的装置，其中所述容器和所述电极可相对移动，用于改变由所述滚筒收集的所述薄片的所述定向。

21.如权利要求1所述的多个颜料颗粒，其中所述颗粒沉积在衬底上并在电场中排列和定向，由此至少所述薄片的一部分与所述衬底形成不同角度，并且其中一些所述薄片在平面外。

22.如权利要求1所述的使颜料颗粒定向的方法，包括如下步骤：

将颜料颗粒施加到衬底；以及，

将所述颜料颗粒暴露于所述衬底附近的电场，以使得颗粒以沿平行于所述电场方向的所述光栅的线或脊的方向定向。

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