采用形状记忆材料的具有浮动图像的微透镜片材制造技术

本发明专利技术的一种片材包括形状记忆聚合物材料层，其具有由微透镜形成的表面，其中所述微透镜中的每一个分别与所述片材内的多个图像中的一个相关。所述形状记忆聚合物材料层通过从第一状态转变到第二状态而对外部刺激（如温度、溶剂或水分）做出反应，所述微透镜的光学性质在第一状态中具有第一值，所述微透镜的光学性质在第二状态中具有第二值。所述微透镜具有折射表面，当所述形状记忆聚合物材料层处于所述第一状态和所述第二状态中的一种时，所述折射表面将光线透射到所述片材内的位置处，从而产生合成影像，所述合成影像来自在所述片材内形成的图像。所述图像中的至少一个图像为部分完整的图像，并且所述图像中的每一个图像分别与所述微透镜中的一个不同的微透镜相关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请的交叉引用此专利申请涉及于2006年7月28日提交的名称为“Shape MemoryPolymer Articles with Microstructured Surface(具有微结构化表面的形状记忆聚合物制品)”的共同转让、共同待审的美国专利申请No.11/460,685；以及于2006年7月28日提交的名称为“Methods forChanging the Shape of a Surface of a Shape Memory PolymerArticle(改变形状记忆聚合物制品的表面形状的方法)”的共同转让、共同待审的美国专利申请No.11/460,682。
本专利技术涉及提供一个或多个合成影像的片材。
技术介绍
具有图形图像或其他标记的片材已被广泛使用，尤其是用作鉴别制品或文档的标签。例如，一种常规成像的片材使用外露透镜类型的高增益逆向反射片材，其中通过透过掩膜或图案对片材进行激光照射来形成图像。该片材包括多个透明玻璃微球，所述微球的一部分嵌入粘结剂层内并且另一部分暴露在粘结剂层上，并且多个微球中的每个微球的嵌入表面上都涂覆有金属反射层。粘结剂层含有炭黑，据说炭黑在片材成像时使入射到片材上的任何杂散光线的影响减至最小程度。嵌入粘结剂层内的微透镜的聚焦效应使激光束的能量进一步集中。当且仅当从与激光辐射被引向片材的角度大致相同的角度观察片材时，可以观察到在这种逆向反射片材中形成的图像。换句话说，这意味着只有在非常有限的观测角内才能看见图像。
技术实现思路
总体来讲，本专利技术描述了由具有形状记忆特征的形状记忆聚合物材料形成的片材，该特征导致片材在第一状态和第二状态之间转变来对外部刺激做出反应。该片材在形状记忆聚合物材料的一个表面上具有微透镜层。因为形状记忆聚合物材料具有形状记忆特征，所以在暴露于外部刺激时，可以以受控和可重复的方式改变微透镜的光学性质。例如，可使片材成像以在合适的视角观察时呈现合成影像。对外部刺激做出反应时，合成影像可在视觉上表现为“出现”或“消失”。这个实例效果是由于微透镜的光学性质发生了改变，而这种改变的原因是由于形状记忆聚合物材料的转变导致了微透镜层的物理形状发生改变。例如，当片材暴露于外部刺激(例如热、溶剂或水分)时，该片材从第一物理状态转变到第二物理状态。对形状记忆聚合物材料经历的物理转变做出响应时，微透镜的光学性质(如焦距)从第一值改变成第二值。本文所描述的片材可用于多种应用中。作为一个实例，片材可用作在视觉上指示出暴露于给定温度的无源传感器。又如，片材可以起湿度传感器、压力传感器的作用，或可以检测溶剂的存在。片材也可用作安全特征物，该安全特征物对外部刺激做出-->反应时在视觉上发生改变，从而确认其上附连该片材的制品的真实性。作为安全特征物，片材可用于多种应用中，例如钞票、护照、驾驶执照、身份证、信用卡或其他安全文件。在一个实施例中，片材包括形状记忆聚合物材料层，其具有由微透镜形成的表面，其中微透镜中的每一个微透镜分别与片材内的多个图像中的一个图像相关。形状记忆聚合物材料层通过从第一状态转变到第二状态来对外部刺激做出反应，第一状态中的微透镜的光学性质具有第一值，第二状态中的微透镜的光学性质具有第二值。在另一个实施例中，一种方法包括：使包括形状记忆聚合物材料层的片材形成永久形状，其中该层具有由微透镜形成的表面；并且使片材成像，从而使得所述由微透镜形成的表面在片材内的位置处形成图像。该方法还包括使形状记忆聚合物材料层变形成暂时形状。在另一个实施例中，制品具有附连于其上的片材，其中该片材包括形状记忆聚合物材料层，其具有由微透镜形成的表面，所述由微透镜形成的表面在视觉上产生合成影像，所述合成影像来自在片材内的位置处形成的一个或多个图像。形状记忆聚合物材料层通过从第一状态转变到第二状态来对外部刺激做出反应，第一状态中的微透镜的光学性质具有第一值，第二状态中的微透镜的光学性质具有第二值。在附图和下文的说明中示出了本专利技术的一个或多个实施例的细节。本专利技术的其他特征、目的和优点从说明书、附图及权利要求书中将显而易见。附图说明图1A-1B为由形状记忆材料形成的实例微透镜片材的放大剖视图。图2为示出制备片材的实例方法的流程图，该片材具有由形状记忆材料形成的微透镜层。图3为示出示例片材的温度对时间特性的坐标图，该片材具有由形状记忆材料形成的微透镜层。图4为示出设计片材的实例方法的流程图，该片材具有由形状记忆材料形成的微透镜层。图5为示出另一示例片材的温度对时间特性的坐标图，该片材具有由形状记忆材料形成的微透镜层。图6A-6C为示出实例微透镜阵列的原子力显微镜法(AFM)图像。图7A-7B为示出铸态透镜(as-cast lens)和整平透镜(flattenedlens)的光线跟踪模型的结果的光线跟踪图。图8A-8B为铸态透镜和整平透镜的光学显微图。图9为坐标图，其示出对铸态微透镜的表面轮廓(用AFM测量)和变形后又热恢复的微透镜的表面轮廓(用AFM测量)的比较。图10A为示出示例压印微透镜的AFM显微图。图10B为示出根据本专利技术的原理将膜恢复为其原有平坦状态之后的压印透镜的AFM显微图。图11A-11C为样品片材的照片，该片材通过成像处理，具有当片材在高温下被-->压缩时消失并且当片材被加热时又重新出现的浮动图像。具体实施方式图1A为实例片材10的放大剖视图。在此实例中，片材10包括具有第一和第二表面的平凸或非球面基片11，第一表面具有基本上为半球体或半非球体的微透镜14的阵列，并且第二表面12基本上为平面。如以下更为详细的描述，基片11由形状记忆聚合物材料形成。在第一个实施例中，选择微透镜的形状和基片11的厚度，使得入射到阵列的准直光束大致聚焦在第二面12处。在片材10的第二面上设置材料层16。在一些实施例中，材料层16可以为辐射敏感型材料。基片11可以为透明的、半透明的或半暗的。图1B为包含单一一层微透镜的微透镜片材20的放大剖视图。在图1B的图示实施例中，片材20包括具有第一表面和第二表面的透明的平凸或非球面片材，第一表面具有在其上形成的、基本上为半球体或半非球体的微透镜24的阵列，并且第二表面22基本上为平面。如以下更为详细的描述，层26由形状记忆聚合物材料形成。在该第二个实施例中，选择微透镜24的形状和层26的厚度，以使入射到阵列的准直光束聚焦在单一一层26内部的区域28处。层26的厚度至少部分取决于微透镜24的光学特征，例如微透镜聚焦光线的距离。例如，可以使用在距离透镜前面60微米处聚焦光线的微透镜。在一些实施例中，层26的厚度可以在20-100微米之间，从而使得微透镜将光线聚焦在层26内部。图1A-1B的片材10、20的微透镜优选地具有成像折射表面以进行成像；一般来讲，这由弯曲的微透镜表面形成。对于弯曲的表面，微透镜将优选地具有一致的折射率。浸入空气中的球形折射表面的图像焦距f由以下表达式给定：f=nRn-1,---(1)]]>式中n为构成表面的材料的折射率，以及R为表面的曲率半径。折射率取决于材料的组成原子的电子性质，因此，如果原子的电子构型不可改变，则对于具体波长的光而言折射率为固定的。在这种情况下，一种控制折射表面的成像特性的方法是通过改变球形折射表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片材，包括：　　形状记忆聚合物材料层，其具有由微透镜形成的表面，其中每个所述微透镜分别与所述片材内的多个图像中的一个相关，　　其中所述形状记忆聚合物材料层通过从第一状态转变到第二状态来对外部刺激做出反应，所述微透镜的光学性质在所述第一状态中具有第一值，所述微透镜的光学性质在所述第二状态中具有第二值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-7-28 11/495,9991.一种片材，包括：形状记忆聚合物材料层，其具有由微透镜形成的表面，其中每个所述微透镜分别与所述片材内的多个图像中的一个相关，其中所述形状记忆聚合物材料层通过从第一状态转变到第二状态来对外部刺激做出反应，所述微透镜的光学性质在所述第一状态中具有第一值，所述微透镜的光学性质在所述第二状态中具有第二值。2.根据权利要求1所述的片材，其中所述微透镜具有折射表面，当所述形状记忆聚合物材料层处于所述第一状态或所述第二状态中的一种时，所述折射表面将光线透射到所述片材内的位置处，从而产生合成影像，所述合成影像来自在所述片材内形成的所述图像。3.根据权利要求1所述的片材，其中所述图像中的至少一个图像为部分完整的图像，并且所述图像中的每一个图像分别与所述微透镜中的一个不同的微透镜相关。4.根据权利要求1所述的片材，其中与所述微透镜相关的所述图像中的每一个都是相同的。5.根据权利要求1所述的片材，其中所述外部刺激为大于所述形状记忆聚合物材料的转变温度的温度。6.根据权利要求5所述的片材，其中所述转变温度为玻璃化转变温度。7.根据权利要求1所述的片材，其中所述外部刺激为溶剂或水分。8.根据权利要求1所述的片材，其中所述形状记忆聚合物材料为具有聚(甲基)丙烯酸酯切换链段的聚硅氧烷。9.根据权利要求8所述的片材，其中所述形状记忆聚合物材料为远螯硅氧烷与(甲基)丙烯酸酯单体的共反应物。10.根据权利要求9所述的片材，其中所述远螯硅氧烷为甲基丙烯酰氧基脲硅氧烷(MAUS)、丙烯酰氨基酰氨基硅氧烷(ACMAS)、甲基丙烯酰氨基酰氨基硅氧烷(MACMAS)和甲基苯乙烯基脲硅氧烷(MeStUS)中的一种。11.根据权利要求9所述的片材，其中所述(甲基)丙烯酸酯单体为丙烯酸异冰片酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸三甲基环己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸和丙烯酸叔丁酯中的一种。12.根据权利要求1所述的片材，其中所述形状记忆聚合物材料为具有聚(ε-己内酯)切换链段的聚氨酯、具有聚(四氢呋喃)切换链段的聚氨酯、聚降冰片烯、共价交联的聚乙烯或乙烯共聚物、和用甲基丙烯酸酯端基官能化的低聚(ε-己内酯)二醇中的一种。13.根据权利要求1所述的片材，其中所述光学性质为所述微透镜的焦距，并且其中当所述形状记忆聚合物材料层从第一物理状态转变到第二物理状态时，所述微透镜的曲率半径改变。14.根据权利要求13所述的片材，其中所述微透镜具有折射表面，当所述形状记忆聚合物材料层处于所述第二状态时，所述折射表面将光线透射到所述片材内的位置处，从而产生合成影像，所述合成影像来自在所述形状记忆聚合物材料层内形成的所述图像，其中所述焦距的第一值在450-600微米之间，并且其中所述焦距的第二值在25-85微米之间。15.根据权利要求13所述的片材，其中所述微透镜具有折射表面，当所述形状记忆聚合物材料层处于所述第一状态时，所述折射表面将光线透射到所述片材内的位置处，从而产生合成影像，所述合成影像来自在所述形状记忆聚合物材料层内形成的所述图像，其中所述焦距的第一值在25-125微米之间，并且其中所述焦距的第二值在75...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯S邓恩，米奇斯瓦夫H马祖雷克，詹姆斯M琼泽，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US