МНОГОСЛОЙНОЕ ТЕЛО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
MULTI-LAYER BODY AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к многослойному телу, содержащему репликационный слой, который имеет микроскопически мелкие узорчатые области, и к способу изготовления многослойного тела с регулируемой или заданной электропроводностью.
Известны металлизированные многослойные тела, в частности металлизированные пленки, которые имеют отражающую или матовую, или структурированную иным образом поверхность и которые являются электропроводящими. Электропроводящая поверхность может мешать, например, когда пленки предназначены для декоративной отделки корпусов электронных проборов или когда пленки предназначены служить в качестве упаковки пищевых продуктов, которые подвергают воздействию электромагнитного излучения в микроволновой печи. Такие упаковки могут в то же время содержать защитные признаки с металлической поверхностью, которая может быть также термически разрушена микроволновым излучением.
В основе изобретения лежит задача создания многослойного тела с регулируемой или заданной электропроводностью и способа его изготовления, который является недорогим и пригодным для массового производства.
Задача изобретения решается посредством способа изготовления многослойного тела с регулируемой или заданной электропроводностью, согласно которому предусматривается, что в первой области репликационного слоя многослойного тела формируют дифракционную первую поверхностную структуру, наносят металлический слой на репликационный слой в упомянутой первой области и во второй области, в которой первая поверхностная структура в репликационном слое не сформирована, при этом либо первая область, либо вторая область образуется множеством микроскопически мелких узорчатых областей, которые расположены в виде линейного растра или в виде поверхностного растра с шириной D растра и которые соответственно расположены отделенными друг от друга на расстоянии В соответствующей второй областью или первой областью, окружающей или полностью ограничивающей каждую из частичных областей, наносят на металлический слой фоточувствительный слой или в качестве репликационного слоя наносят фоточувствительную смывочную маску, экспонируют фоточувствительный слой или смывочную маску через металлический слой, так что фоточувствительный слой или смывочная маска экспонируются по-разному в первой и второй областях благодаря первой поверхностной структуре, и удаляют металлический слой с использованием экспонированного фоточувствительного слоя или смывочной маски в качестве маскирующего слоя в первой области, но не во второй области, или во второй области, но не в первой области.
Задача решается также посредством многослойного тела, в частности переводной пленки, с репликационным слоем и расположенным на этом репликационном слое металлическим слоем, при этом предусматривается, что многослойное тело имеет множество микроскопически мелких узорчатых областей и фоновую область, окружающую или полностью ограничивающую каждую из узорчатых областей, при этом узорчатые области расположены в виде линейного растра или в виде поверхностного растра с шириной D растра, при этом узорчатые области соответственно расположены отделенными друг от друга на расстоянии B фоновой областью, причем ширина D растра составляет меньше 500 мкм, а отношение ширины D растра к расстоянию B находится в диапазоне от 5 до 200, и металлический слой находится либо в фоновой области, либо в узорчатых областях.
Также предусматривается, что для изготовления ориентированных на растр микроскопически мелких островковых структур нанесенный на поверхностную структуру металлический слой сам образует оптическую маску экспонирования, при этом оптическое действие металлического слоя соответственно определяется той поверхностной структурой, на которой он расположен. Таким образом можно достичь частичного удаления с совмещением самого функционирующего в качестве маски экспонирования металлического слоя, а более конкретно - с высокими разрешением и качеством, требуемыми для изготовления микроскопически мелких островковых структур.
Термин «растр» здесь употребляется не только как равномерное разделение площади. Скорее здесь под термином «растр» также понимаются нерегулярные или хаотические растры, такие как, например, частотно-модулированные растры, как те, которые используют в полиграфической промышленности. Таким образом, в это понятие вполне определенно включено разделение площади на островковые области, которые образованы полностью стохастически. Линии между островковыми областями могут быть также криволинейными и/или с переменной толщиной. Под шириной D растра и/или расстоянием B речь также может идти о средних значениях совокупности. Речь может также идти о линейных растрах, т.е. об одномерных растрах, или о многомерных растрах, например поверхностных растрах.
Таким образом, изобретением предлагается способ изготовления частично металлизированных многослойных тел, в частности частично металлизированных пленок, с микроскопически мелкими островковыми структурами, которые особенно эффективны и недороги.
Посредством конкретного структурирования многослойного тела согласно изобретению дополнительно достигаются следующие преимущества:
Это структурирование не воспринимается невооруженным человеческим глазом. Таким образом, металлический слой многослойного тела согласно изобретению, снабженного указанным выше массивом металлизированных узорчатых островковых областей, выглядит при рассмотрении невооруженным человеческим глазом, с одной стороны, как гомогенная металлическая поверхность. С другой стороны, металлический слой является электрически непроводящим, но проницаемым для электромагнитного излучения вплоть до микроволнового диапазона. Поэтому такое многослойное тело можно подвергать, например, облучению микроволнами без заметного его нагрева. Тем самым с помощью многослойного тела согласно изобретению возможно реализовать поверхность, внешне выглядящую как металлическая, но являющуюся электрически непроводящей. К тому же, посредством соответствующей реализации таких параметров, как, например, ширина D растра и/или расстояние B между узорчатыми областями, и/или характер растра, можно также придавать эффект зависимой от частоты электропроводности. Это означает, что в зависимости от частоты возбуждения электропроводность может существовать или не существовать.
Если, например, узорчатые области являются отражающими областями, то выполненное в виде пленки многослойное тело воспринимается как металлическая зеркальная пленка. Подобная пленка может быть применена, например, для декоративной отделки электрических приборов, таких как, например, телевизионные приемники, которые должны обладать электрически непроводящей поверхностью.
С другой стороны, с помощью изменения структуры поверхности можно изготавливать прозрачную пленку, обладающую электропроводящей поверхностью. Такая электропроводящая пленка может иметь, например, деметаллизированные узорчатые области, окруженные металлизированной фоновой областью. Такая пленка может быть применена, например, в качестве прозрачной экранирующей пленки, которая, несмотря на ее прозрачность, благодаря выполненной подобно сетке металлизированной фоновой области позволяет экранировать от электромагнитного излучения или рассеивать статические электрические заряды.
Любые электропроводности удается регулировать, например, изменением толщины металлического слоя или изменением отношения D/B.
Если предусмотрен линейный растр, то многослойное тело может быть выполнено в виде пленки, которая является изолирующей в одном направлении и проводящей в другом направлении.
Предпочтительные варианты реализации охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предпочтительно, может быть предусмотрено, что ширину D растра выбирают в диапазоне от 1 до 500 мкм, предпочтительно - в диапазоне от 5 до 300 мкм. Может быть также предусмотрено, что ширина растра находится в диапазоне от 10 до 250 мкм. Если ширина D растра находится в этих диапазонах, то, с одной стороны, исключаются эффекты заметной дифракции многослойного тела, а с другой стороны, узорчатые области по отдельности не видны, так как такое подразделение лежит ниже предела разрешающей способности невооруженного человеческого глаза.
Может быть дополнительно предусмотрено, что отношение ширины D растра к расстоянию B выбирается в диапазоне от 5 до 200. С помощью такого отношения D/B можно оказывать влияние, в частности, на электрическую прочность многослойного тела.
Предусматривается, что металлический слой наносят на заданную репликационным слоем плоскость с постоянной поверхностной плотностью по всей площади поверхности, предпочтительно - осаждают из паровой фазы. Такой способ является недорогим, и при этом можно хорошо регулировать толщину металлического слоя.
В предпочтительном варианте реализации предусматривается, что этот металлический слой наносят на репликационный слой по всей площади поверхности с толщиной, при которой металлический слой обладает оптической плотностью в диапазоне от 1 до 7 в области репликационного слоя без поверхностной структуры. Эффект различного пропускания, в частности прозрачности, регулируют описанным более подробно ниже отношением глубины к ширине поверхностной структуры репликационного слоя. Под металлическим слоем речь может идти о металле, например алюминии, серебре, золоте, меди, хроме или палладии, или о сплаве из этих или других металлов, или о последовательности слоев упомянутых выше металлов.
Может быть дополнительно предусмотрено, что во второй области в репликационном слое формируют вторую поверхностную структуру и что в качестве первой дифракционной поверхностной структуры в репликационном слое формируют поверхностную структуру, которая увеличивает пропускание, в частности прозрачность, металлического слоя в первой области по сравнению с пропусканием, в частности прозрачностью, металлического слоя во второй области, или наоборот. Таким образом, посредством поверхностной структуры в репликационном слое можно оказывать влияние на пропускание, в частности прозрачность, или оптическую плотность металлического слоя. Даже небольшие различия в пропускании или прозрачности, которые уже не воспринимаются, например, человеческим глазом, могут быть при соответствующих условиях изготовления достаточными для того, чтобы использовать этот металлический слой в качестве маски экспонирования. Так как репликационный слой может быть изготовлен недорогим способом с очень мелкой поверхностной структурой, требуемые высокие уровни разрешения также удается осуществить недорогим способом путем частичной деметаллизации металлического слоя.
Может быть предусмотрено, что первая поверхностная структура имеет большую глубину рельефа, чем вторая поверхностная структура, или наоборот.
В еще одном варианте реализации может быть предусмотрено, что произведение пространственной частоты и глубины рельефа первой поверхностной структуры больше, чем произведение пространственной частоты и глубины рельефа второй поверхностной структуры, или наоборот. Пространственная частота определяется в линиях на 1 мм и является характеристическим признаком дифракционных структур. При предпочтительной ширине растра от 5 до 300 мкм она преимущественно выбирается в диапазоне между 500 и 5000 линий/мм. В случае структур со стохастическим профилем, таких как, например, матовые структуры, в качестве характеристической величины используется типичное расстояние между возвышенностями или, например, так называемая корреляционная длина. Эта характеристическая величина аналогично составляет между 0,2 и 2,0 мкм.
Может быть предусмотрено, что в первой области в качестве первой дифракционной поверхностной структуры формируют поверхностную структуру с большим отношением глубины к ширине отдельных элементов структуры, в частности, с отношением глубины к ширине >0,3, а вторую поверхностную структуру формируют в виде поверхностной структуры с меньшим отношением глубины к ширине, или наоборот.
Безразмерное отношение глубины к ширине, которое часто называют также «отношением размеров», является характеристическим признаком увеличения площади поверхности посредством предпочтительно периодических структур. Такая структура образует «пики» и «впадины» в периодической последовательности. Расстояние между «пиком» и «впадиной» называют здесь глубиной, тогда как расстояние между двумя «пиками» называют шириной. Чем больше отношение глубины к ширине, тем соответственно более крутыми являются «склоны пиков» и тем соответственно более тонким является осажденный на «склоны пиков» металлический слой. Этот эффект также можно наблюдать, когда речь идет о дискретно распределенных «впадинах», которые могут быть расположены друг от друга на расстоянии, которое много больше глубины «впадин». В таком случае глубину «впадины» следует отнести к ширине «впадины» для правильного описания геометрии «впадины» путем указания отношения глубины к ширине.
Таким образом, посредством отношения глубины к ширине можно регулировать эффективную толщину металлического слоя в области поверхностной структуры.
Другие предпочтительные варианты реализации направлены на конструктивное оформление экспонирования и проявления фоточувствительных слоев и травления металлического слоя.
Может быть предусмотрено, что в качестве фоточувствительного слоя или в качестве фоточувствительной смывочной маски наносят фоточувствительный материал с двойной характеристикой, и фоточувствительный слой или фоточувствительную смывочную маску экспонируют через металлический слой с такой интенсивностью экспонирования и продолжительностью экспонирования, что фоточувствительный слой или фоточувствительная смывочная маска активизируются в первой области или во второй области, в которой пропускание, в частности прозрачность, металлического слоя увеличено благодаря первой поверхностной структуре, и не активизируются во второй области, или наоборот.
При этом может быть предусмотрено, что фоточувствительный слой или смывочную маску экспонируют через металлический слой ультрафиолетовым (УФ) излучением. УФ-излучение является более энергонасыщенным, чем дневной свет, и поэтому более предпочтительным во многих случаях.
Затем активизированные экспонированием области фоточувствительной смывочной маски и расположенные на них области металлического слоя удаляют в процессе смывки.
Однако может быть также предусмотрено, что экспонированный фоточувствительный слой проявляют, и проявленный фоточувствительный слой образует маску для травления металлического слоя.
Дополнительный предпочтительный вариант реализации предусматривает, что фоточувствительный слой активизируют путем экспонирования в первой области, в которой пропускание, в частности прозрачность, металлического слоя увеличено благодаря первой поверхностной структуре, и активизированный фотоактивизируемый слой образует травитель для металлического слоя.
Может быть предусмотрено, что фоточувствительный слой выполнен из фоторезиста.
Фоторезист может быть выполнен в виде позитивного фоторезиста или в виде негативного фоторезиста.
Фоточувствительный слой может быть также фотополимером.
Может быть дополнительно предусмотрено, что остатки маски для травления удаляют.
Возможной начальной точкой изготовления частично металлизированного многослойного тела является, таким образом, металлический слой, который покрыт фоторезистом. Структурирование осуществляют обычным образом, как это описано выше, путем экспонирования фоторезиста, проявления или травления фоторезиста и травления металлического слоя с фоторезистом в качестве маски для травления. Экспонирование фоторезиста можно осуществлять, например, с помощью:
- устройства для экспонирования полосы; в этом случае полосообразную маску экспонирования транспортируют в контакте с многослойным телом и через эту маску экспонируют фоторезист на многослойном теле;
- регулируемого экспонирования сфокусированным лазерным лучом, т.е. лазерный луч перемещают с помощью блока управления посредством отклоняющего блока и, возможно, фокусирующей оптики по многослойному телу;
- маски, которую проецируют посредством проецирующей (отображающей) оптики на многослойное тело. Способ можно осуществлять согласно процедуре «шаг-повтор» или посредством активизируемой в совмещении импульсной лампы. Кроме того, маска может быть электронно регулируемой и изменяемой, например, «пространственным модулятором света».
Предпочтительно, экспонирование производят соответственно со стороны фоторезиста, но его можно также осуществлять через металлический слой.
Кроме того, структурирование можно также осуществлять прямым лазерным облучением (абляцией) без использования обходного пути с фоторезистом в качестве «усилителя». Для этого можно непосредственно использовать отличающиеся характеристики поглощения металлического слоя в областях с различными поверхностными структурами или в областях с поверхностными структурами и без них.
Кроме того, структурирование можно осуществлять путем использования зависящих от структуры характеристик травления металлического слоя. Более конкретно, если на структурированные поверхности осаждают из паровой фазы металлический слой и подвергают воздействию соответствующей травильной среды, то области с высоким отношением размеров выглядят прозрачными спустя заданный промежуток времени, тогда как неструктурированные области или области с низким отношением размеров все еще выглядят по существу непрозрачными. Регулируемый по времени таким образом процесс травления заканчивают, например, когда достигнута прозрачность в областях репликационного слоя с поверхностной рельефной структурой и фактически более низкой толщиной металлического слоя, тогда как в областях репликационного слоя без поверхностной структуры и с фактически большей толщиной металлического слоя все еще содержится непрозрачный металлический слой. Происходящее в неструктурированных областях травление металлического слоя обычно предварительно компенсировано увеличенной вначале оптической плотностью осажденного из паровой фазы металлического слоя. В качестве сферы применения может быть предусмотрено, например, выполнение корпуса сотового телефона.
Можно также предусмотреть сочетание с классическими способами деметаллизации. Может быть также предусмотрено, что путем классической деметаллизации полностью или частично деметаллизируют дополнительные области.
Кроме того, один или более слоев многослойного тела, например переводная слоеная сборка переводной пленки, может быть окрашен(а) для создания визуального эффекта. В этом случае, помимо металлического слоя, многослойное тело может также содержать по меньшей мере один прозрачный или непрозрачный цветной слой, выполненный по всей или по части площади поверхности. При этом особенно предпочтительным является, если упомянутый по меньшей мере один цветной слой выполнен в совмещении с металлическим слоем, в частности, если он был расположен в свободной от металлического слоя первой или второй области. За счет этого удается достичь цветного эффекта, и/или многослойное тело может быть сделано непрозрачным, несмотря на частичную металлизацию. В частности, предпочтительно, если упомянутый по меньшей мере один цветной слой расположен в свободной от металлического слоя первой или второй области, а также обладает похожим на металлический слой цветом. Так, в случае серебряного металлического слоя предпочтителен серый слой, или же в случае золотого металлического слоя предпочтителен желтоватый слой, что вносит свой вклад в то, чтобы человеческому глазу «внушался» присутствующий без каких-либо разрывов отражающий металлический слой.
При этом оказалось выгодным, когда упомянутый по меньшей мере один цветной слой выполнен либо в виде электропроводящего слоя, который, например, содержит неметаллические электропроводящие вещества, такие как углерод или полимеры, либо в виде электроизолирующего слоя, который, например, повышает напряжение пробоя. Наконец, упомянутый по меньшей мере один цветной слой может быть также полупроводящим слоем. Предпочтительно, упомянутый по меньшей мере один цветной слой не содержит металла.
В частности, оказалось выгодным, когда по меньшей мере два, в частности по меньшей мере три, цветных слоя выполнены имеющими отличающиеся цвета. Предпочтительно, выбор происходит из цветовой системы CMYK (голубой-пурпурный-желтый-черный).
Однако можно также использовать красители, которые являются непрозрачными или прозрачными только в определенном диапазоне длин волн и которые, например, при экспонировании УФ-излучением, действуют как фильтры. За счет этого удается посредством печати достичь дополнительных местных структурирований проводимости, на которую, кроме того, может оказывать влияние выбор спектра источника света.
В еще одном предпочтительном варианте реализации предусматривается, что металлический слой гальванически усиливают.При этом можно также усилить этот слой вторым металлом или металлическим сплавом. После экспонирования фоторезист частично удаляют, так что соответствующие металлические области металлического слоя остаются непокрытыми. Теперь проводят гальваническое наслоение в непокрытых областях, тогда как покрытые фоторезистом области по существу служат для того, чтобы обеспечить необходимую для гальванического наслоения электропроводимость. Впоследствии фоторезист также удаляют с этих областей. Наконец, оставшийся тонкий металлический слой в фоновой области удаляют путем травления.
Может быть также предусмотрено, что в многослойном теле согласно изобретению растр образован с постоянной шириной D растра.
В еще одном варианте реализации может быть также предусмотрено, что растр образован с непостоянной шириной D растра.
Дополнительно может быть предусмотрено, что ширина D растра предпочтительно варьируется хаотически распределенным образом в диапазоне ±40%. При таком хаотически распределенном варьировании ширины растра можно противодействовать появлению муара и можно исключить эффекты дифракции, которые могут при известных обстоятельствах сделаться мешающе заметными в случае растров с постоянной шириной растра.
Однако можно также обеспечить создание муарового эффекта, если посредством этого должно быть достигнуто конкретное оптическое действие.

Первая или вторая поверхностные структуры могут быть в виде оптически активной, отражающей или пропускающей, светодифрагирующей и/или светопреломляющей, и/или светорассеивающей микро- или наноструктуры, например в виде решетчатой структуры, такой как линейная решетка или прямоугольная решетка, в виде наложения нескольких решетчатых структур, в виде изотропной или анизотропной матовой структуры, в виде двойной или непрерывной линзы Френеля, в виде микропризмы, в виде концентрирующей дифракционной решетки, в виде сочетания структур или в виде макроструктуры. Таким путем удается создавать множество интересных оптических эффектов. Также можно выглядящую металлической голограмму или кинеграмму (KINEGRAM) сделать электронепроводящей. Отражающая способность при частичной деметаллизации лишь слегка уменьшается, так что голограмма воспринимается по существу с тем же уровнем интенсивности, что и электропроводящая версия. Так как такое растрирование находится ниже предела разрешающей способности невооруженного глаза, оно остается скрытым для человека-наблюдателя, при условии, что растрирование выбирается таким образом, что не возникает муаровых эффектов с элементами дизайна голограммы. Даже при машиной расшифровке никакие потери качества не страшны.
Благодаря местному изменению растрирования характеристики пропускания непроводящей зеркальной пленки могут быть ощутимо изменены, тогда как характеристики отражения изменяются лишь неощутимо. Поэтому при рассмотрении в падающем свете никакой информации не воспринимается, тогда как при рассмотрении в проходящем свете она выглядит, например, как графическое изображение. Дополнительно может быть предусмотрено, что многослойное тело содержит второй металлический слой, который расположен в совмещении с первым металлическим слоем и/или с по меньшей мере одним цветным слоем. За счет этого удается создать дополнительные интересные эффекты.
Металлические слои могут обладать различной толщиной, посредством чего можно дополнительно регулировать, во-первых, электрические свойства многослойного тела, а во-вторых, оптические свойства многослойного тела.
Так, может быть предусмотрено, что по меньшей мере один из металлических слоев нанесен с такой толщиной слоя, при которой он частично прозрачен в видимом диапазоне. Выбираемая для этой цели толщина слоя зависит от материала. При толщине слоя в несколько десятков нанометров он может уже выглядеть непросвечивающимся, т.е. непрозрачным. Например, алюминий выглядит непросвечивающимся, когда его оптическая плотность находится в диапазоне от 1 до 5. Она дополнительно определяется отношением глубины к ширине поверхностной структуры репликационного слоя, на который осажден металлический слой.
Несмотря на оптическую прозрачность металлический слой может также обладать электропроводностью, которая достаточна для многих сфер применения. Такое выполненное в виде пленки многослойное тело может быть, например, предназначено применяться для экранирования электромагнитного излучения или для рассеивания статических электрических зарядов. Многослойное тело может также, в числе прочего, применяться в качестве упаковочной пленки для восприимчивых к статическим зарядам конструктивных элементов, таких как, например, микропроцессоры. Может быть также предусмотрено, что такая пленка выполнена только с металлическим слоем, как это описано выше.
Дополнительно может быть предусмотрено, что расстояние между металлическими слоями выбирают таким образом, что возникают интерференционные эффекты. Для этого металлические слои могут быть расположены на расстоянии (2n+1)λ/2 или (4n+1)λ/4, где n является целым числом, включая 0, а λ представляет длину волны света. Интерференция при тонких слоях вызывает изменения цвета, такие как известные, например, при рассматривании пленок масла на водной поверхности. Таким образом можно создавать интересные оптические эффекты, которые, например, могут служить декоративным целям, или можно формировать сложно подделываемые защитные признаки.
Дополнительные предпочтительные варианты реализации направлены на формирование поверхностных структур, которые обеспечивают возможность создания дополнительных оптических эффектов.
Может быть предусмотрено, что металлические слои имеют различные первую поверхностную структуру и/или вторую поверхностную структуру, и/или их первые области и/или их вторые области расположены по-разному. Узорчатые области обоих металлических слоев могут быть расположены, например, взаимно смещенными в шахматном порядке и могут быть образованы различными по цвету металлами, например алюминием и медью. При этом узорчатые области одного слоя можно также формировать группами, которые благодаря их размерам могут восприниматься человеческим глазом. Под группами могут пониматься, например, точки изображения (пиксели), которые в общем расположены с образованием графического или текстового изображения.

Может быть дополнительно предусмотрено, что первая поверхностная структура и/или вторая поверхностная структура является дифракционной оптической поверхностной структурой, например голограммой, кинеграммой (Kinegram) или т.п. Таким образом, например, металлизированная голограмма или кинеграмма (Kinegram) может быть снабжена электронепроводящим поверхностным или отражательным слоем. Поэтому она можно быть нанесена в качестве защитного признака на упаковки пищевых продуктов, которые вместе с их содержимым подлежат воздействию микроволнового излучения в микроволновой печи. Однако возможно также, чтобы такие защитные признаки наносились на документы или денежные знаки (банкноты) и чтобы их достоверность проверялась облучением микроволнами. Таким образом можно выявлять подделанные защитные признаки и одновременно их уничтожать.
Может быть дополнительно предусмотрено, что первая поверхностная структура и/или вторая поверхностная структура является матовой структурой. Выше было показано, что способом согласно изобретению удается изготавливать зеркальные пленки, обладающие электронепроводящей поверхностью. Поверхностная структура металлизированных островковых областей, однако, может быть также выполнена в виде матовой структуры, или ей может быть придана некоторая другая конфигурация для имитации многообразного оптического впечатления от металлических поверхностей, например обработанных щеткой поверхностей с матовым металлическим блеском. Металлический отражательный слой может быть также покрыт дополнительными прозрачными или окрашенными слоями.
В еще одном предпочтительном варианте реализации узорчатая область и/или фоновая область может быть подструктурирована в виде микротекста или микрографики. Микротекст или микрографика могут давать защитный признак, который является не воспринимаемым невооруженным человеческим глазом и который можно подделать уже с большим трудом.
Микротекст или микрографика, или штрихкод могут быть выполнены в виде металлизированных или неметаллизированных подобластей. Так, например, неметаллизированные подобласти могут быть выполнены в металлизированной узорчатой области, за счет чего в репликационном слое может быть сформирована другая поверхностная структура, чем в самой узорчатой области. В этом случае огибающая кривая этой другой поверхностной структуры образует краевой контур микротекста или микрографики. Однако речь может также идти о металлизированной подобласти, которая отличается своим оптическим эффектом от окружающей ее узорчатой области, что проявляется, например, изменением цвета при наклоне или повороте пленки. Аналогичным образом, микротекст или микрографика могут быть внедрены в фоновую область, при этом может быть предпочтительно предусмотрено, что металлизированные микротекст или микрографика отделены неметаллизированными областями от металлизированных узорчатых областей, если пленка должна быть выполнена с электронепроводящей поверхностью.
Может быть дополнительно предусмотрено, что узорчатые области и/или фоновая область подструктурированы в виде скрытого узора, который можно рассмотреть через муаровый верификатор, т.е. отдельный верификационный экран. Такой защитный признак также подделывается с большим трудом.
Дополнительные возможные сферы применения многослойного тела согласно изобретению, помимо уже описанных выше, могут быть следующими:
- органические светодиоды (OLED);
- сенсорная техника, например сенсоры с чувствительными слоями, которые чутко реагируют на влагу, кислород, свет, тепло, холод и т.д.;
- элементы защиты с проводящим структурированием, которые можно проверять детекторами;
- печатные платы; и
- электронные компоненты.
С этой целью в многослойном теле можно предусмотреть дополнительные, необязательно только частично отформованные, функциональные слои, такие как, например, полупроводниковые слои, изолирующие слои, чувствительные или им подобные слои, обладающие оптическими и/или электрическими свойствами.
Возможно множество дополнительных сфер применения и/или дополнительных эффектов, таких как, например:
- создание специальных тестовых точек на поверхности многослойного тела, которые позволяют производить проверку электропроводности;
- изменение толщины металлического слоя;
- экспонирование поляризованным светом;
- частотно-зависимое выполнение параметров частично металлизированных областей;
- дополнение выполненного со структурированной электропроводностью многослойного тела дополнительными электронными компонентами.
Ниже изобретение в качестве примера поясняется несколькими примерами реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг.1 - схематический вид в сечении первого примера реализации;
Фиг.2 - схематический вид сверху первого примера реализации;
Фиг.3 - схематический вид сверху второго примера реализации;
Фиг.4 - схематический вид сверху третьего примера реализации;
Фиг.5 - схематический вид сверху четвертого примера реализации;
Фиг.6 - схематический вид поперечное сечение пятого примера реализации;
Фиг.7 - схематический вид сверху шестого примера реализации;
Фиг.8 - схематический вид в сечении первого примера реализации на стадии изготовления;
Фиг.9 - последующая стадия изготовления согласно Фиг.8;
Фиг.10 - последняя стадия изготовления согласно Фиг.8;
Фиг.11 - схематический вид сверху седьмого примера реализации.
На Фиг.1 изображено многослойное тело в виде многослойного пленочного тела 1, которое может представлять собой пленку горячего тиснения. На несущую пленку 10, которая может быть выполнена из пленки из сложного полиэфира толщиной примерно 20 мкм, нанесен репликационный слой 12. Под репликационным слоем 12 может пониматься термопластичный слой, в котором с помощью делающего копию или реплику (копирующего) инструмента выполнен узор. Он может, однако, также представлять собой отверждаемый УФ-излучением лак, в котором узор выполнен облучением защитной маски УФ-излучением или формованием по шаблону с поверхностной структурой.
Репликационный слой 12 несет частично прорезанный металлический слой 14, который может состоять, например, из алюминия, меди, серебра, золота или хрома. Последним слоем является нанесенный на обращенную от репликационного слоя 12 сторону несущей пленки 10 клеящий слой 16, посредством которого пленочное тело 1 может быть перенесено на подложку. Клеящим слоем 16 может быть предпочтительно термоклей.
Как дополнительный вариант, клеящий слой 16 может быть также нанесен на металлический слой. В частности, композитная сборка из репликационного слоя, металлического слоя и клеящего слоя может быть выполнена в виде переводной слоеной сборки, которую наклеивают на подложку, несущая пленка 10 может быть затем отделена.
Фиг.2 подробно показывает на виде сверху конфигурацию металлического слоя 14. Металлический слой 14 разделен на островковые области 14m, каждая из которых окружена деметаллизированными областями 14d репликационного слоя 12 шириной B. Деметаллизированные области 14d образуют взаимосвязанную фоновую область. Области 14m выполнены в виде растра с шириной D растра, при этом линии растра обозначены позицией 14r. В представленном на Фиг.2 примере реализации они выполнены в виде квадратных участков со стороной квадрата длиной F, которая меньше ширины D растра:
F=D-B.
Ширину D растра и отношение ширины D растра к ширине B выбирают таким образом, чтобы структурирование металлического слоя 14 не было видно невооруженным человеческим глазом. При этом требуется соблюдать следующие граничные условия:
- наименьшее допустимое значение отношения ширины D растра к ширине B определяется по максимальному наблюдаемому электрическому напряжению пробоя, при этом следует учитывать, что внешние факторы оказывают влияние, такие как влажность воздуха, пот на руках и загрязнения или засаленность, могут снижать изоляционное действие деметаллизированных областей 14d. В дополнение к этому, напряжение пробоя определяют по возможным, осознанно нанесенным диэлектрическим кроющим слоям. Эти кроющие слои могут состоять из частей пленки 1, таких как, например, репликационный слой или клей;
- наименьшее допустимое значение ширины D растра ограничено дифракционными эффектами, которые могут происходить в структурах по порядку величины длины волны света и могут нарушать впечатление замкнутой металлической поверхности, соответственно создавая нежелательные цветовые эффекты;
- наибольшее допустимое значение ширины B и/или ширины D растра ограничено разрешающей способностью человеческого глаза. Если ширина D растра и/или ширина B выбраны слишком большими, то растрирование может быть видно невооруженным глазом.
Металлизированные области 14m могут быть выполнены в виде зеркально отражающих поверхностей, так что пленочное тело 1 выглядит как зеркальная пленка. Однако в областях 14m могут быть также нанесены дифракционные оптические структуры, например голограмма, или можно создать матовые структуры. Таким образом можно создавать многообразные оптические эффекты, которые выходят за рамки воспроизведения оптически сплошной металлической поверхности. Например, могут быть приданы совместимые с микроволнами «металлические» защитные признаки, логотипы, этикетки или маркировка на упаковках готовых пищевых продуктов, которые не разрушаются при нагреве в микроволновой печи, так как они являются электронепроводящими металлическими поверхностями. Таким образом могут быть созданы элементы защиты, такие как использующиеся на документах и банкнотах, с дополнительным защитным признаком, который состоит в том, что такой элемент защиты является не повреждаемым микроволновым излучением. Дополнительно электронные приборы, такие как телевизионные приемники, могут быть снабжены электронепроводящей металлической поверхностью. В этом случае металлический слой не должен быть расположен на физической поверхности, но может быть также внедрен между диэлектрическими слоями, например, как часть переводной слоеной сборки или литьевым формованием при изготовлении корпусных компонентов.
Хотя растр в показанном на Фиг.2 примере реализации является квадратным растром, ширина D которого является одинаковой по осям координат x и y, можно, однако, также предусмотреть, чтобы ширина D растра была бы различной по осям координат x и y. Также и длина F канта металлизированной области 14m и/или ширина B деметаллизированной области 14d могут быть различными. Металлизированные области 14m могут быть прямоугольными, круглыми, эллиптическими или имеющими другую форму областями с замкнутым контуром. В случае квадратного растра, как это показано на Фиг.2, в качестве контуров металлизированных областей могут быть предпочтительными квадраты, кружки и правильные многоугольники.
Может быть также предусмотрено изготавливать металлизированные области 14m линейной формы, которые отделены друг от друга деметаллизированными областями 14d линейной формы. Следовательно, металлизированные области 14m расположены в виде линейного растра, т.е. в форме одномерного растра. Такое пленочное тело, следовательно, является изолирующим в направлении, перпендикулярном областям 14m, 14d линейной формы, и проводящим в направлении, параллельном областям 14m, 14d линейной формы.
0
На Фиг.3 показан второй пример реализации, в котором ширина растра хаотическим образом варьируется с отклонениями ±40% около значения D. На Фиг.3 показано изображение сверху пленочного тела 2, в котором как металлизированные области 14m, так и деметаллизированные области 14d выполнены нерегулярной формы, при этом отклонения от квадратного растра составляют не больше 40%. При таком дизайне можно, например, предотвращать появление муаровых эффектов или мешающих дифракционных эффектов.
На Фиг.4 показан схематический вид третьего примера реализации, выполненного путем внесения изменений в первый пример реализации, показанный на Фиг.2.
Металлический слой 34 здесь структурирован таким образом, что помимо изолированных друг от друга металлизированных областей 34m, области металлического слоя 34 соединены друг с другом и тем самым образуют проводящие дорожки 34l. Таким образом можно формировать, например, антенны, не видимые невооруженным человеческим глазом. Так как расположенный под металлизированными областями 34m, 34l репликационный слой может иметь дифракционную оптическую рельефную структуру, например, в виде голограммы, таким образом также возможно снабжать элементы защиты электрическими функциональными элементами. Пленочное тело такого элемента защиты может содержать дополнительные слои, которые, например, образуют метку радиочастотной идентификации (RFID), т.е. схему, служащую для идентификации посредством радиоволн. Кроме того, фоновая область, т.е. область между металлизированными областями 34m, 34l, может быть заполнена матовым цветным слоем.
На Фиг.5 показан четвертый вариант реализации, в котором нанесенный на пленочное тело 4 металлический слой 44 выполнен в виде по существу прозрачного электропроводящего слоя. Здесь, в сравнении с показанным на Фиг.2 первым примером реализации, островковые деметаллизированные области 44d окружены металлизированными полосчатыми областями 44m, которые соединены друг с другом и тем самым образуют взаимосвязанную электропроводящую область поверхности. Эта область поверхности имеет вид сетки с мелкими (замкнутыми) ячейками. Такой металлический слой 44 может применяться, например, в качестве экрана от электромагнитных полей или для рассеивания статических зарядов.
Может быть также предусмотрено, что на металлическом слое 44 расположены дополнительные слои, например слой защитного лака или цветной слой, не оказывающие пагубного воздействия на экранирующий эффект. Кроме того, пленочное тело 4 в деметаллизированных областях 44d может содержать прозрачный цветной слой в совмещении с полосчатыми металлическими областями 44m. Для лучшей ориентации на Фиг.5 показаны линии 14r растра (см. Фиг.2).
На Фиг.6 показано пленочное тело 5, которое состоит из несущего слоя 50, первого репликационного слоя 52a, первого металлического слоя 54a, второго репликационного слоя 52b, второго металлического слоя 54b и клеящего слоя 56. Два металлических слоя 54a и 54b расположены на таком расстоянии друг от друга, что могут происходить известные в тонких слоях интерференционные эффекты. Два металлических слоя 54a и 54b также имеют различную толщину. На Фиг.6 представлен пример реализации, в котором металлический слой 54a, расположенный ближе к несущему слою 50, является более тонким слоем. Его толщина находится в нижнем нанометровом диапазоне, из-за чего он выглядит как частично прозрачный в видимом свете. Так как прозрачность тонкого металлического слоя, помимо прочего, зависит от материала, то требуемую толщину слоя целесообразно определять посредством проведения ряда исследований.
На Фиг.7 показан вид сверху пленочного тела 6, у которого поверхность описанным выше образом имеет островковые металлизированные области 64m, окружные деметаллизированными областями 64d. В области 64d внедрена микромаркировка, которая в проиллюстрированном примере реализации выполнена в виде микрошрифта, который можно прочитать только с помощью вспомогательного оптического средства, такого как сильное увеличительное стекло или микроскоп. Однако может быть также предусмотрена микрографика. Однако микромаркировка может приводить к снижению электрической прочности деметаллизированных областей 64d, поскольку она имеет металлизированную поверхность.
Описанные примеры реализации охватывают частичную деметаллизацию металлического слоя, происходящую в совмещении. Это вполне возможно, так как металлический слой расположен на репликационном слое, который, по меньшей мере по областям, имеет профиль поверхности. Если теперь на репликационный слой наносят металлический слой с равномерной поверхностной плотностью относительно заданной репликационным слоем плоскости, например, вакуумным осаждением паров, то поверхностная плотность или толщина слоя может быть выбрана так, что нанесенный металлический слой имеет различную оптическую плотность в зависимости от местного отношения глубины к ширине профиля поверхности. Если теперь этот металлический слой используют в качестве маски экспонирования для фоторезиста, т.е. фоторезист экспонируют через металлический слой, то он может быть проявлен в маску травления с точным совмещением, а металлический слой может быть частично деметаллизирован в точном совмещении.
Если металлизированные области должны быть выполнены в виде зеркально отражающих областей, то в расположенных под деметаллизированными областями областях репликационного слоя может быть отформован профиль поверхности с большим отношением глубины к ширине, например с отношением глубины к ширине >2, а репликационный слой под металлизированными областями может иметь очень малое отношение глубины к ширине.
Безразмерное отношение глубины к ширине, часто называемое также «отношением размеров», является характеристическим признаком увеличения площади поверхности предпочтительно периодических структур. Такая структура образует «пики» и «впадины» с периодической последовательностью. Здесь расстояние между «пиком» и «впадиной» называют «глубиной», тогда как расстояние между двумя «пиками» называют «шириной». При этом чем больше отношение глубины к ширине, тем, соответственно, более крутыми являются «склоны пиков» и, соответственно, тем более тонким является осажденный на «склоны пиков» металлический слой. Этот эффект также можно наблюдать, когда речь идет о дискретно распределенных «впадинах», которые могут быть расположены друг от друга на расстоянии, которое во много раз больше глубины «впадин». В такой ситуации глубину «впадины» следует отнести к ширине «впадины» для правильного описания геометрии «впадины» указанием отношения глубины к ширине.
Таким образом, с помощью отношения глубины к ширине h/d профиля поверхности репликационного слоя можно влиять на среднюю толщину металлического слоя. Посредством этого оказывается влияние, с одной стороны, на проводимость металлического слоя, а с другой стороны, - на его пропускание или прозрачность.
max
max
В Таблице 1 показан установленный коэффициент отражения металлическими слоями из Ag, Al, Au, Cr, Cu, Rh и Ti, расположенными между пластиковыми пленками (коэффициент преломления n=1,5), при длине световых волн λ=550 нм. В этом случае отношение толщин ε образовано как частное от толщины t металлического слоя, требующейся для коэффициента отражения R=80% от максимума R и для коэффициента отражения R=20% от максимума R.
Таблица 1
Металл
R<sub>Max</sub>
t для 80% R<sub>Max</sub>
t для 20% R<sub>Max</sub>
ε
h/d
Ag
0,944
31 нм
9 нм
3,4
1,92
Al
0,886
12 нм
2,5 нм
4,8
2,82
Au
0,808
40 нм
12 нм
3,3
1,86
Rh
0,685
18 нм
4,5 нм
4,0
2,31
Cu
0,557
40 нм
12 нм
3,3
1,86
Cr
0,420
18 нм
5 нм
3,6
2,05
Ti
0,386
29 нм
8,5 нм
3,3
1,86
max
max
При эвристическом рассмотрении, как можно видеть, серебро и золото (Ag и Au) обладают максимально высоким коэффициентом отражения R и требуют относительно низкого отношения глубины к ширине для обеспечения прозрачности. Алюминий (Al), конечно, также обладает максимально высоким коэффициентом отражения R, но он требует более высокого отношения глубины к ширине. Поэтому предпочтительно может быть предусмотрено, чтобы металлический слой выполнялся из серебра или золота. Может, однако, также быть предусмотрено, чтобы металлический слой выполнялся из других металлов или из металлических сплавов.
0
В Таблице 2 показаны результаты вычислений, полученные в ходе строгих расчетов дифракции для выполненных в виде линейных, синусоидальных решеток с шагом решетки 350 нм поверхностных структур с различными отношениями глубины к ширине. Эти поверхностные структуры покрыты серебром с номинальной толщиной t=40 нм. Свет, падавший на поверхностные структуры, имел длину волны λ=550 нм (зеленый) и был поперечно-электрически (TE) поляризованным или поперечно-магнитно (TM) поляризованным.
Таблица 2
Отношение глубины к ширине
Шаг решетки в нм
Глубина в нм
Коэффициент отражения (0R) TE
Коэффициент прозрачности (0T) TE
Коэффициент отражения (0R) TM
Коэффициент прозрачности (0T) TM
0
350
0
84,5%
9,4%
84,5%
9,4%
0,3
350
100
78,4%
11,1%
50,0%
21,0%
0,4
350
150
42,0%
45,0%
31,0%
47,0%
1,1
350
400
2,3%
82,3%
1,6%
62,8%
2,3
350
800
1,2%
88,0%
0,2%
77,0%
Как оказывается, в частности, коэффициент прозрачности, помимо отношения глубины к ширине, зависит от поляризации падающего света. Эта зависимость показана в Таблице 2 для различных отношений глубины к ширине (h/d).
Оказывается также, что коэффициент прозрачности или коэффициент отражения металлического слоя является зависимым от длины волны. Этот эффект особенно отчетливо выражен для TE-поляризованного света.
Кроме того, оказывается, что коэффициент прозрачности падает, если угол падения света отличается от прямого угла падения, т.е. коэффициент прозрачности уменьшается, когда свет падает не перпендикулярно. Это означает, что металлический слой в области поверхностной структуры может быть выполнен прозрачным только в пределах ограниченного конуса падения света. Таким образом может быть предусмотрено, что металлический слой становится непрозрачным при рассмотрении его под углом, причем этот эффект можно использовать для применения металлического слоя в качестве выборочной маски экспонирования.
На Фиг.8-10 показан пример реализации способа изготовления точно совмещенным образом деметаллизированного металлического слоя.
На Фиг.8 показано многослойное пленочное тело 81, которое выполнено подобно пленочному телу 1, описанному со ссылкой на Фиг.1. Пленочное тело 81 состоит из нескольких слоев. В проиллюстрированном примере реализации речь идет о несущей пленке 80, репликационном слое 82 и металлическом слое 84, а также о клеящем слое 86, который нанесен на обращенную от репликационного слоя 82 сторону несущей пленки 80.
На металлический слой 84 нанесен фоточувствительный слой 88.
Фоточувствительный слой 88 может представлять собой, например, чувствительный к УФ-излучению фоторезист. При этом речь может идти об органическом слое, который наносят в жидком состоянии классическим способом нанесения покрытия, таким как глубокая печать. Может быть также предусмотрено, что фоточувствительный слой наносят осаждением из паровой фазы или ламинированием в виде сухой пленки.
На Фиг.9 показано экспонирование фоточувствительного слоя 88 со стороны клеящего слоя 86, при этом фоточувствительный слой 88 показан в проявленном состоянии.
Предусмотрено экспонирование фоточувствительного слоя 88 УФ-излучением 89, при этом металлический слой 84 действует в качестве маски облучения. После проявления фоточувствительный слой 88 имеет области 88u, в которых слой 88 содержится, и области 88b, в которых слой 88 удален в результате проявления. Как можно видеть на Фиг.9, области 88u являются областями, в которых репликационный слой 82 образован с меньшим отношением глубины к ширине - в проиллюстрированном варианте реализации оно равно нулю, - тогда как в областях 88b репликационный слой 88 имеет поверхностную структуру с большим отношением глубины к ширине. Здесь металлический слой 84 выполнен с меньшей толщиной, чем в областях 88u, так что металлический слой 84 обладает различным пропусканием в этих двух областях, и, таким образом, падающее УФ-излучение ослабляется в различной степени. Нет необходимости в том, чтобы металлический слой был настолько тонким, чтобы области 88b выглядели прозрачными при визуальном рассматривании. Относительно низкое общее пропускание пленочного тела 81 может быть компенсировано увеличенной дозой экспонирования фоточувствительного слоя 88. Следует также иметь в виду, что экспонирование фоточувствительного слоя обычно предусматривается в ближнем УФ-диапазоне, так что визуальное впечатление при рассматривании не является решающим для оценки пропускания.
В показанном на Фиг.8-10 примере реализации фоточувствительный слой 88 выполнен из позитивного фоторезиста. В случае такого фоторезиста экспонированные области являются растворимыми в проявителе. В противоположность этому, в случае негативного фоторезиста неэкспонированные области являются растворимыми в проявителе. Таким образом можно деметаллизировать различные области металлического слоя 84 в точном совмещении со схемой. Может быть также предусмотрено дополнительно модифицировать металлический слой 84 с помощью последующей гальванической обработки, например, для изготовления его с увеличенной толщиной слоя, например, для создания проводящих дорожек, таких как показанные ранее на Фиг.4, которые обладают повышенной электропроводностью.
На Фиг.10 показано пленочное тело 81 в его конечном (готовом) состоянии после того, как металлический слой 84 в областях 88b удален с помощью травителя. Поэтому металлический слой 84 теперь уже находится только в областях 88u и, таким образом, образует электрически изолированные друг от друга островки.
На Фиг.11 показано многослойное тело 110, которое случайным образом разделено на области-островки 114. В соответствии с этим линии 114r растра также выполнены и расположены хаотически. В представленном на Фиг.11 примере реализации линии 114r растра являются прямыми линиями. Однако они могут также представлять собой изогнутые линии. Кроме того, может быть также предусмотрено, что линии выполнены с переменной шириной. Для того чтобы иметь возможность использовать размерную формулу F=D-B, описанную выше со ссылкой на Фиг.2, или иметь возможность определить отношение D/B, ширину D растра и ширину B принимают как средние значения по всем областям-островкам 114. Как описано выше со ссылкой на Фиг.3, может быть предпочтительно предусмотрено, что изменение ширины D растра <±40%.
Форму и размеры областей-островков 114 можно изменять в широких пределах, а также положение центра тяжести областей-островков. Однако предусмотрено, что области-островки в типичном случае имеют средний размер <250 мкм, а отношение между средним размером островков и шириной разрывов между ними составляет между 5 и 200.
В изображенном на Фиг.11 примере реализации области-островки 114 могут быть металлизированными, а характеризуемая растровыми линиями 114r фоновая область может быть деметаллизированной, или наоборот.