光学防伪元件及其制作方法转让专利
申请号 : CN201910251304.8
文献号 : CN111746171B
文献日 : 2021-06-15
发明人 : 胡春华 , 朱军 , 张巍巍 , 孙凯
申请人 : 中钞特种防伪科技有限公司 , 中国印钞造币总公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种光学防伪元件,其特征在于,包括:起伏结构层,所述起伏结构层具有第一区域、第二区域和第三区域;
所述第一区域具有第一微结构;
所述第二区域具有第二微结构;
所述第三区域为无结构的平坦区域;
其中,所述第二微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积;
其中,所述第一区域和所述第三区域均具有重叠的反射层、介电层和吸收层,且所述第二区域不具有反射层,所述第二区域为镂空区域,所述第二区域位于所述第一区域和所述第三区域之间;
其中,所述介电层是通过印制形成的,位于所述第一区域的介电层远离所述起伏结构层一侧的表面形貌与所述起伏结构层的表面形貌明显不同。
2.根据权利要求1所述的光学防伪元件,其特征在于,所述第一微结构为周期性结构和非周期性结构中的一种结构,或为周期性结构和非周期性结构组合的结构;
所述第一微结构沿延展方向的横截面结构为:正弦型结构、矩形光栅结构、半圆形结构、闪耀光栅结构中的一种结构,或正弦型结构、矩形光栅结构、半圆形结构、闪耀光栅结构中至少任意两种结构组合的结构。
3.根据权利要求1所述的光学防伪元件,其特征在于,
3 2 3 2
所述第一微结构的比体积范围为大于0.05um/um且小于0.5um/um。
4.根据权利要求3所述的光学防伪元件,其特征在于,
3 2 3 2
所述第一微结构的比体积范围为大于0.1um/um且小于0.3um/um。
5.根据权利要求1所述的光学防伪元件,其特征在于,所述第二微结构为周期性结构和非周期性结构中的一种结构,或周期性结构和非周期性结构组合的结构;
所述第二微结构沿延展方向的横截面结构为:正弦型结构、矩形光栅结构、半圆形结构、梯形结构、闪耀光栅结构中的一种结构,或正弦型结构、矩形光栅结构、半圆形结构、梯形结构、闪耀光栅结构中至少任意两种结构组合的结构。
6.根据权利要求1所述的光学防伪元件,其特征在于,
3 2 3 2
所述第二微结构的比体积范围为大于0.1um/um且小于1um/um。
7.根据权利要求6所述的光学防伪元件,其特征在于,
3 2 3 2
所述第二微结构的比体积范围为大于0.2um/um且小于0.5um/um。
8.根据权利要求1所述的光学防伪元件,其特征在于,所述反射层的材料包括:
铝、银、铜、锡、铬、镍、钛中的一种金属,或铝、银、铜、锡、铬、镍、钛中至少任意两种金属组合构成的合金;
所述介电层的主树脂包括:
聚氨酯、丙烯酸、聚酯中的一种树脂,或聚氨酯、丙烯酸、聚酯中至少任意两种树脂组合构成的聚合物;
所述吸收层的材料包括:
镍、铬、铝、银、铜、锡、钛中的一种金属,或镍、铬、铝、银、铜、锡、钛中至少任意两种金属组合构成的合金。
9.根据权利要求1所述的光学防伪元件,其特征在于,所述反射层与所述起伏结构层相邻接。
10.根据权利要求 9所述的光学防伪元件,其特征在于,所述第二区域不具有介电层和吸收层。
11.根据权利要求1所述的光学防伪元件,其特征在于,所述吸收层与所述起伏结构层相邻接。
12.根据权利要求1所述的光学防伪元件,其特征在于,所述第二区域具有介电层和吸收层。
13.一种光学防伪元件的制作方法,其特征在于,该制作方法包括:S1)形成起伏结构层,所述起伏结构层具有第一区域、第二区域和第三区域,所述第一区域具有第一微结构、所述第二区域具有第二微结构、所述第二微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积且所述第三区域为无结构的平坦区域,所述第二区域位于所述第一区域和所述第三区域之间;
S2)在所述起伏结构层上,依次形成反射层、介电层和吸收层,其中,通过气相沉积形成反射层、通过印制形成介电层且通过气相沉积形成吸收层;
S3)将步骤S2)的半成品置于能和反射层材料反应的腐蚀氛围中,直至第二区域的反射层被全部或者部分去除为止,所述第二区域为镂空区域。
14.根据权利要求13所述的制作方法,其特征在于,步骤S3)在所述第二区域的反射层被全部或者部分去除过程中还包括:所述第二区域的介电层和吸收层也被全部或者部分去除。
15.一种光学防伪元件的制作方法,其特征在于,该制作方法包括:S1)形成起伏结构层,所述起伏结构层具有第一区域、第二区域和第三区域,所述第一区域具有第一微结构、所述第二区域具有第二微结构、所述第二微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积且所述第三区域为无结构的平坦区域,所述第二区域位于所述第一区域和所述第三区域之间;
S2)在所述起伏结构层上,依次形成吸收层、介电层和反射层,其中,通过气相沉积形成反射层、通过印制形成介电层且通过气相沉积形成吸收层;
S3)在形成所述反射层后按不同厚度方式施加印制工序形成保护层,所述不同厚度方式为所述第一区域的保护层最小厚度明显大于所述第二区域的保护层最小厚度的方式;
S4)将步骤S3)的半成品置于能和所述反射层的材料反应的腐蚀氛围中进行增透,直至所述第二区域的反射层被全部或者部分去除时为止,所述第二区域为镂空区域。
16.根据权利要求15所述的制作方法,其特征在于,步骤S4)在所述第二区域的反射层被全部或者部分去除过程中还包括:所述第二区域的反射层被去除,介电层和吸收层均没有被去除。
17.根据权利要求13至16中任意一项权利要求所述的制作方法,还包括:继续进行施加无机或者有机的镀层、或者继续进行施加涂层工序,以实现其他的光学防伪功能或者辅助功能。
说明书 :
光学防伪元件及其制作方法
技术领域
背景技术
效果。
亮度,一般采用金属反射层,比如铝。其中,目前应用于光学薄膜的最为广泛的光学防伪技
术——全息技术即是利用光学微结构形成的衍射效果而发展的光学技术。第五套1999版的
5元、10元、20元、50元、100元人民币的防伪线就采用了全息技术,在晃动人民币票面时,可
以观察到闪亮的全息票面数字图像。另外,多层干涉光变技术因在不同的观察视角下呈现
出强烈的光学变色效果而越来越受到人们的重视。多层干涉光变技术一般采用气相沉积的
方法实现反射层、介质层和吸收层的蒸镀。反射层、介质层和吸收层构成了干涉光变镀层的
基本单元。作为反射层的材料一般较厚,反射率高,而作为吸收层的材料一般较薄,具有半
透明的特征。介电层为透明材料,若厚度满足一定的条件,光线可以在平行的反射层和吸收
层形成的法伯罗腔中发生干涉。从吸收层一侧观察,干涉光变镀层在不同的角度呈现出不
同的颜色。第五套2015版100元人民币安全线就是采用了多层干涉光变技术,正面观察为品
红色,倾斜观察为绿色。如果将全息、非衍射等光学微结构防伪技术和多层干涉光变技术集
成到同一产品中则能有效发挥全息、非衍射呈现的动感效果和多层镀层呈现的光变效果,
可在一定程度上增强防伪效果。但若在光学微结构上直接蒸镀多层干涉镀层,则光学微结
构呈现的光学效果和干涉光变效果存在互相削弱的缺点。
制备,即部分区域具有多层干涉光变特征,部分区域具有高亮度反射微结构光学特征,其他
区域则具有镂空效果。然而,该专利申请中局部镂空区域的精度取决于印刷的精度,而印刷
的精度一般在100um以上,在一定程度上限制了高端防伪光学产品中的应用。
定位的光学防伪元件,对光学防伪元件特征定位的研究具有重要的意义。
发明内容
有与光学微结构图像严格定位的镂空区域。
二区域具有第二微结构;所述第三区域为无结构的平坦区域;其中,所述第二微结构的比体
积大于所述第一微结构的比体积;其中,所述第一区域和所述第三区域均具有重叠的反射
层、介电层和吸收层,且所述第二区域不具有反射层;其中,位于所述第一区域的介电层远
离所述起伏结构层一侧的表面形貌与所述起伏结构层的表面形貌明显不同。需要注意的
是,此处第一区域、第二区域和第三区域,并不应仅仅视为在所述起伏结构层上的一种固定
顺序,也可以是第二区域、第一区域和第三区域等其他任意排布的顺序。光学防伪元件反射
观察时,第一区域呈现第一微结构呈现的特定图像,并且没有或者具有较弱的干涉光变效
果,而第三区域具有明显的干涉光变效果,透视观察时,第二区域是具有透光镂空效果,且
与第一区域呈现的图像是严格定位的。所谓微结构的比体积是指将光学防伪元件放置水
3 2
平,设想微结构中恰好盛满的液体的体积与其投影面积的比值,其单位为um/um 。设置第二
区域的微结构与第一区域的微结构的差别,是为了镂空的需要,即小的比体积的微结构上
的反射层得以保留,大的比体积上的微结构的反射层得以去除。将继续在具体实施方式部
分更深入讨论这一问题。
组合的结构。
所述介电层和所述吸收层。
所述介电层和所述反射层。
所述第一微结构的比体积且所述第三区域为无结构的平坦区域;
所述第一微结构的比体积且所述第三区域为无结构的平坦区域;
式;
的区域实现光学防伪元件的局部剖面异构非对称性,该光学防伪元件的多个相对独立局部
区域所构成的镂空区域局部图像细节精度高、透射成像清晰。
附图说明
图中:
具体实施方式
二区域以及平坦的无结构的第三区域;且所述第一区域和第三区域均具有反射层31、印制
的介电层32和吸收层33,而第二区域不具有反射层31。
结构)光学特征,一般以特定的图像呈现,例如所示的“PY”字母。干涉光变区域C反射观察
时,在不同的角度具有不同的颜色。镂空区域B透视观察时具有透光或者半透光效果。镂空
区域B与图像区域A是严格定位的,无误差的,例如图1中的镂空区域B严格围绕图像区域A的
边界,以图像的轮廓呈现。镂空区域的精细度可以很高,例如,可以小于10um。
功能涂层4。起伏结构层2包括由小的比体积的第一微结构组成的第一区域A和由大的比体
积的第二微结构组成的第二区域B以及平坦的无起伏结构的第三区域C。第一区域A和第二
区域B均具有反射层31、介电层32和吸收层33,而第二区域B不具有反射层31、介电层32和吸
收层33。其中介电层32为印制形成,因而第一区域A的介电层32与起伏结构层2和反射层3不
同型覆盖,导致反射层31和吸收层33之间没有形成有效的法伯罗干涉腔,即第一区域A并没
有呈现干涉光变效果或者呈现较弱的干涉光变效果。而第三区域C的起伏结构层2为平坦结
构,反射层31和吸收层33之间形成有效的法伯罗干涉腔,因而呈现明显的干涉光变效果。第
二区域B不具有反射层31、介电层32和吸收层33,因而透视观察呈现高透的镂空效果。其他
功能涂层5可以根据需要来设置,比如,作为粘结层,起与被保护的主产品粘合的作用。
护层5,其他功能涂层4。与图2类似,起伏结构层2包括由小的比体积的第一微结构组成的第
一区域A和由大的比体积的第二微结构组成的第二区域B以及平坦的无起伏结构的第三区
域C。但与图2不同的是,吸收层33与起伏结构层2邻接,并且第二区域B不具有反射层31,但
具有介电层32和吸收层33。由于吸收层33的存在,第二区域B透视观察呈现半透光的镂空效
果。保护层5是制作过程中为保护第一区域A和第三区域C上的反射层31而引入的。
结构的第三区域C,如图4所示。
强度高的薄膜材料形成,例如,可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚萘二甲酸乙
二醇酯(PEN)薄膜及聚丙烯(PP)薄膜等塑料薄膜形成基材1,而且基材1优选由PET材料形
成。基材1上可以含有粘结增强层,以增强基材1与起伏结构层2的粘结。
树脂在经过高温的金属模版时,受热而软化变形,从而形成特定的起伏结构,之后冷却成
型。起伏结构层2也可以采用辐射固化浇铸工艺形成,即通过将辐射固化树脂涂布在基材1
上,一边将原版推压于其上,一边照射紫外线或电子束等放射线,使上述材料固化,然后取
下原版从而形成起伏结构层2。
期性结构或非周期性结构中的一种或组合,横截面结构可以是正弦型结构、矩形光栅结构、
半圆形结构、闪耀光栅结构中的一种或者组合。第一微结构的具体尺寸(如周期、深度等)由
所需要形成的光学效果确定。一般地,为满足呈现特定的光学效果和以后镂空工序的需要,
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所述第一微结构的比体积要大于0.05um/um ,小于0.5um/um,更优选地,大于0.1um/um ,
3 2
小于0.3um/um。第二微结构也可以是周期性结构或非周期性结构中的一种或组合,横截面
结构可以是正弦型结构、矩形光栅结构、半圆形结构、梯形结构、闪耀光栅结构中的一种或
者组合。第二微结构完全用于镂空,最终产品中并不形成光学效果,因此可以按照镂空的需
要设计微结构的形状。通常来讲,微结构的比体积越大越有利于镂空。但微结构比体积越
大,即微结构越宽越深,批量化生产的难度就越高。优选地,所述第二微结构的比体积大于
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0.1um/um,小于1um/um,更优选地,大于0.2um/um,小于0.5um/um。
Sn、Au、Pt等金属或其混合物或合金,由于铝的成本低廉且亮度高,因此优选为铝。反射层31
由气相沉积的方法形成在起伏结构层2上,例如包括但不限于热蒸发、磁控溅射等。优选地,
反射层31以均匀的表面密度、以同型覆盖或者基本同型覆盖的方式形成在起伏结构层2上。
反射层的厚度一般选择大于10nm且小于80nm,优选大于20nm且小于50nm。反射层太薄,则亮
度不够;反射层太厚,则与起伏结构层的牢度不好,并且成本上升。
可以形成在薄膜的局部区域(称为印刷工艺),从具体实施技术上讲,可以有喷涂,辊涂,柔
印,凹印,丝印等。这样的工艺使得第一区域A的介电层的表面与反射层31不同型覆盖,从而
最终形成吸收层之后不具有干涉光变特征或者具有较弱的干涉光变特征。介电层32同时提
供下面镂空工序中的保护层的作用。介电层32的印制的量应使得在第一区域A的反射层31
的最小厚度明显小于在第二区域B的反射层31的最小厚度。一般而言,涂层的最小厚度位于
微结构的最顶部。这样,在后面的镂空工序中,在能与反射层材料反应的腐蚀氛围中,介电
层可以提供对第一区域A的反射层的有效保护,而不能提供对第二区域B的反射层的有效保
护。介电层的主树脂可以由聚氨酯、丙烯酸、聚酯或者它们的组合构成。第三区域C作为干涉
光变区域,介电层的表面越平坦,越有助于形成有效的法伯罗干涉腔。因此,介电层在印制
前应具有很低的粘度,例如低于20cps,这样能够在反射层上更好的流平。对于大多数树脂
而言,折射率均在1.5附近,为获得良好的光变效果,介电层的印制厚度应在200nm至800nm
范围内。其具体厚度应根据所需要的颜色以及镂空的条件共同来确定。
收层33通过气相沉积的方法形成,例如包括但不限于热蒸发、磁控溅射等。优选地,吸收层
33以均匀的表面密度、以同型覆盖或者基本同型覆盖的方式形成在介电层32上。吸收层的
厚度一般较薄,一般小于10nm。吸收层太薄,则光变效果不好;吸收层太厚,则颜色太暗。吸
收层的厚度对应的透光率一般大于10%,小于80%,优选大于20%,小于50%。
反射层的保护作用。因此,介电层可以提供对第一区域A的反射层的有效保护,而不能提供
对第二区域B的反射层的有效保护。在能与反射层材料反应的腐蚀氛围中,一定时间之后,
第二区域B的反射层被腐蚀去除,而第一区域A的反射层没有或者基本没有被腐蚀。当然,由
于第三区域C没有微结构,因此介电层的厚度是一致的,且厚度很大,在腐蚀氛围中能够对
反射层进行有效的保护。一般情况下,第二区域B的反射层被去除后,其上的介电层和吸收
层也被浮脱剥离。至此,便形成了图2所示光学防伪元件的光学效果:从吸收层一侧反射观
察时,第一区域A具有微结构光学防伪特征,但不具有或者具有较弱的干涉光变特征,而第
三区域C具有明显的干涉光变特征,但不具有微结构光学特征;透视观察时,第二区域B具有
透光镂空特征。
结构的第三区域C,如图8所示。
提供干涉光变特征,而不具有镂空工序时对镀层的保护作用。因此,介电层的厚度设置主要
以第三区域C形成所需的干涉光变颜色特征来确定。同时,介电层的施加厚度应保证介电层
表面仍具有较大的比体积,以满足后续镂空的需要。
射层31的最小厚度。一般而言,涂层的最小厚度位于微结构的最顶部。这样,在后面的镂空
工序中,在能与反射层材料31反应的腐蚀氛围中,保护层5可以提供对第一区域A和第三区
域C的反射层的有效保护,而不能提供对第二区域B的反射层的有效保护。保护层5的主树脂
可以由聚氨酯、丙烯酸、聚酯或者它们的组合构成。
反射层被去除后,其上的保护层也被浮脱剥离,而介电层和吸收层一般不会被去除。但如果
吸收层也可以和腐蚀氛围发生反应,介电层和吸收层也是可以被去除的。至此,便形成了图
3所示光学防伪元件的光学效果:从吸收层一侧反射观察时,第一区域A具有微结构光学防
伪特征,但不具有或者具有较弱的干涉光变特征,而第三区域C具有明显的干涉光变特征,
但不具有微结构光学特征;透视观察时,第二区域B具有透光镂空特征。
全产品的防伪。
施例的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
各种可能的组合方式不再另行说明。
片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前
述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read‑Only Memory)、随机存取存储器
(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。