CN101035686A - 金属化的安全单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以多层膜体为形式的安全单元(11)，涉及包括这种安全单元的安全单据，还涉及这种安全单元的生产工艺。该膜体包括剥离层(20)、保护性漆层(21)、带有凹凸结构(25，26)的复制漆层(22)、金属层(23)、以及粘合层(24)，它们都位于支撑膜(10)上。第一凹凸结构(25)具有大于0.5的“深度－宽度”比，由此在第一凹凸结构(25)的区域中金属层(23)是透明的。第二凹凸结构(26)具有较低的“深度－宽度”比，由此在第二凹凸结构(26)的区域中金属层(23)是不透明的。

Description

金属化的安全单元

本发明涉及一种以多层膜体为形式的安全单元，它具有复制漆层以及排列在复制漆层上的金属层，并且在复制漆层中形成了凹凸结构。本发明还涉及具有这种安全单元的安全单据以及这种安全单元的生产制造过程。

通常，若要防止单据或产品的复制和非法使用，则有可能使用光学安全单元使单据或产品很难复制或非法使用。因此，常常用光学安全单元对单据、钞票、信用卡、现金卡等作安全处理。在这一方面，已知用常规的复制处理方法是无法复制光学可变单元的。还知道，安全单元可以具有其形状为文本、标志或其它图案的结构化的金属层。

从例如通过溅射而涂到表面区域上的金属层中产生出结构化的金属层这一过程需要大量的处理步骤，特别是要产生精细结构的时候，这样便提供了高水平的防伪安全处理。因此，已知通过正/负蚀刻或通过激光消融，可以对已涂在整个表面区域上的金属层进行局部去金属化处理，由此使其结构化。作为一种备选方案，有可能通过使用汽相沉积掩模，以结构化的形式将金属层涂到载体上。

生产安全单元的步骤数越多，关于单个工艺步骤的对准精确度就越重要。

因此，例如，GB 2 136 352 A描述了一种以全息图作为安全特征的密封膜的生产过程。在这种情况下，在塑料膜中刻出衍射凹凸结构之后，在该塑料膜的整个表面区域上使该其金属化，然后，在与刻出的衍射凹凸结构精确对准的情况下以区域方式执行去金属化处理。

现在，本发明的目的是，改进一种具有结构化金属表面层的光学安全单元的生产过程，并提供一种改进的具有这种金属表面层的光学安全单元。

本发明的目的由一种以具有复制漆层的多层膜体为形式的安全单元来实现，其中在坐标轴x和y所定义的平面中，使第一凹凸结构形成于安全单元的第一区域内的复制漆层中，并且在安全单元的第一区域及其相邻的第二区域内，将其表面密度相对于坐标轴x和y所定义的平面而言恒定的金属层涂在复制漆层上，其中第一凹凸结构是一种其单个结构单元的“深度-宽度比”大于0.5的衍射结构，并且相对于第二区域内的金属层的透明性而言，在第一区域内第一衍射结构使金属层的透明性增大。

本发明还通过一种以多层膜体为形式的安全单元的生产过程来得以实现，其中在安全单元的第一区域内使第一凹凸结构形成于多层膜体的复制漆层中，并且在安全单元的第一区域及其相邻的第二区域内，将其表面密度相对于复制漆层所定义的平面而言恒定的金属层涂在该复制漆层上，使得第一凹凸结构是按衍射结构形成的，其结构单元的“深度-宽度比”大于0.5，并且以相对于复制漆层所定义的平面的一表面密度来涂敷金属层，还使得相对于第二区域内的金属层的透明性而言，在第一区域内第一凹凸结构使金属层的透明性增大。

在这一方面，特别对于人眼而言，第一区域的透明性得到增强，但是还可能有一种只能通过机器光学测量系统来检测的增强的透明性。

本发明减小了安全单元的生产成本，其中金属层并未设置在整个表面区域上而是只设置在图案区域中。更具体地讲，本发明可以使金属均匀沉积在所涉及的整个表面上，从而在复制漆层上形成金属层，其中根据第一区域内的第一凹凸结构，可以看出该金属层是如此之薄以至于它看起来是透明的或像不存在一样。通过使用本发明的处理过程，到目前为止使涂在凹凸结构上的金属层结构化所必需的步骤都省去了。本发明可以使得，在这种安全单元的生产过程中，像印刷、蚀刻和剥离过程等成本高且对环境有害的处理步骤都省去了，并且对准精确度的等级显著提高了。

通过使用本发明的处理过程，有可能获得等级非常高的分辨率。本发明可以实现的分辨率比用其它处理过程可以实现的分辨率要高1000倍。因为第一凹凸结构的结构单元的宽度可以是在可见光波长范围内，还可以低于该范围，所以有可能产生具有非常精细的轮廓的金属化图案区域。相应地，与到目前为止所使用的各种处理过程相比，主要的优点都得以实现，并且本发明有可能生产出防复制和防伪造水平更高的安全单元。

本发明采用了一种试探性方法来显著增大结构的表面面积，具体地讲，使该结构分解成许多非常精细的结构单元，并且在该区域中使涂在该表面上的金属层非常薄以至于看起来是透明的。在这种情况下，该表面由大量具有高“深度-宽度”比的结构单元构成。术语“深度-宽度”比是指：两个相邻结构单元的平均高度h或平均分布深度与两个相邻结构单元的间距d或周期间距之间的比例。在这种情况下，金属层垂直沉积到由复制漆层所定义的平面上且沉积的厚度为t，其中复制漆层表面上的金属层的有效厚度被消减得越多，该区域的有效表面面积就越大，即其上沉积有金属的区域内的凹凸结构的“深度-宽度”比就越大。此类薄金属层可能看起来是透明的或半透明的，在这一方面，可以启发式地解释该效果。

在其结构深度由函数z＝f(x，y)决定的区域R中，有效表面面积可以由下面的方程来描述：

$S={\∫\∫}_R\sqrt{1+f_x^2+f_y^2}\mathrm{dA}$

一种其x方向上的周期为dx、y方向上的周期为dy、且分布深度为h的交叉光栅可以用下面的函数来描述，其中x和y正交：

$f(x,y)={h\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{d_x}\right){\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πy}}{d_y}\right)$

如果周期x和y完全一样，即d_x＝d_y＝d，则这提供了下面的偏微商：

$f_x=\frac{\∂}{\∂x}{h\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{d}\right){\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πy}}{d}\right)=\frac{\mathrm{h\π}}{d}\sin \left(\frac{2\mathrm{\πx}}{d}\right){\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πy}}{d}\right)$

$f_y=\frac{\∂}{\∂y}{h\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{d}\right){\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πy}}{d}\right)=\frac{\mathrm{h\π}}{d}{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{d}\right)\sin \left(\frac{2\mathrm{\πy}}{d}\right)$

因此，有效表面面积由下面的方程定义：

$S={\∫\∫}_R\sqrt{1+f_x^2+f_y^2}\mathrm{dA}$

$={\∫}_0^d\underset{0}{\overset{d}{\∫}}\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{h\π}}{d}\right)}^2[{\left(\sin \left(\frac{2\mathrm{\πx}}{d}\right){\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πy}}{c}\right)\right)}^2+{\left({\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{d}\right)\sin \left(\frac{2\mathrm{\πy}}{d}\right)\right)}^2]}\mathrm{dxdy}$

该方程无法用简单的方式来解析。然而，通过该方程的数值求解，令人惊讶地发现，当涂在交叉光栅上的金属层的标称厚度为t₀且局部形成厚度为t时，若该交叉光栅的凹凸结构的“深度-宽度”比h/d大于1，则厚度比ε＝t₀/t显著增大。更具体地讲，该凹凸结构使金属层的厚度t相对于标称厚度t₀(“平坦”区域中的厚度)而言显著减小了。例如，当h＝2d时，即如果分布深度h是光栅周期d的两倍，则厚度比ε＝3.5。当凹凸结构的“深度-宽度”比h/d＝2时，金属层的厚度t只是0.3t₀，即在该区域中金属层只有平坦区域的三分之一厚。

一种其周期为d且分布深度为h的线状光栅可以由下面的方程来描述：

$f(x,y)={h\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{d}\right)$

它提供了下面的偏微商：

$f_x=\frac{\∂}{\∂x}{h\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{d}\right)=\frac{\mathrm{h\π}}{d}\sin \left(\frac{2\mathrm{\πx}}{d}\right)$

$f_y=\frac{\∂}{\∂y}{h\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{d}\right)=0$

因此，有效表面面积可以由下面的方程来描述：

$S={\∫\∫}_R\sqrt{1+f_x^2+f_y^2}\mathrm{dA}$

$={\∫}_0^d\underset{0}{\overset{d}{\∫}}\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{h\π}}{d}\right)}^2\left[{\left(\sin \left(\frac{2\mathrm{\πx}}{d}\right)\right)}^2\right]}\mathrm{dxdy}$

$=\frac{2d^2}{\mathrm{\π}}E\left(\frac{-h^2{\mathrm{\π}}^2}{d^2}\right)$

在这种情况下，E(α)表示整个椭圆二次积分。

在这种情况下，该方程的数值求解同样令人惊讶地揭示了，若“深度-宽度”比h/d＞1，则厚度比ε显著增大。

已惊讶地发现，与上述交叉光栅相比，在具有相同的“深度-宽度”比的情况下，线状光栅的厚度比ε增大得更多。

因此，凹凸结构可以采用交叉光栅或线状光栅的形式，即凹凸结构涉及具有周期配置的数学函数，例如，具有正弦二次方的配置。

然而，凹凸结构还可以具有随机周期性配置，其中可以在x方向上或y方向上或x及y方向上产生这种配置。

借助于具有复杂表面分布的凹凸结构，还有可能实现金属层的透明性，其中该复杂表面分布具有不同高度的突起和凹陷。在这一方面，这种表面分布还可以包括随机的表面分布。在这种情况下，若相邻结构单元的平均间隔小于凹凸结构的平均分布深度，且相邻结构单元彼此间隔小于200μm，则通常可实现透明性。较佳地，相邻突起的平均间隔被选择成小于30μm，使得该凹凸结构是一种特殊的衍射凹凸结构。

在所附的权利要求书中，列举了本发明的各种有利配置。

有利的是，金属层的标称厚度t₀可使得：一方面，在具有高“深度-宽度”比的区域中金属层肯定会具有足够的透明性；另一方面，以其标称厚度t₀为特征的金属层看起来不透明或基本上不透明。通常，如果85％的入射光被反射，则观察者会将该区域视为不透明，如果少于20％的入射光被反射且多于60％的入射光透射，则观察者会将该区域视为透明。那些数值可以根据基板、照明等而有所不同。在这一方面，金属层中的光吸收扮演了重要的角色。例如，在某些情况下，铬反射得更少。

在这一方面，结构单元上所产生的厚度t被解释为根据凹凸结构表面相对于水平面的倾斜角而形成的厚度的平均值。该倾斜角可以由凹凸结构函数的一阶导数以数学的方式来描述。

如果凹凸结构的局部倾斜角等于零，即如果凹凸结构采用平面区域的形式，其延伸方向垂直于涂敷金属层的方向，则沉积了厚度为标准厚度t₀的金属层。如果凹凸结构的局部倾斜角的大小大于零，则沉积了其厚度t小于标称厚度t₀的金属层。

在产生透明区域的过程中，了解各个参数的相互依赖性并恰当地选择它们是很重要的。特别是，精确计算各种结构的衍射行为可实现该目的，其中应该包括色散的精确计算。

较佳地，以一表面密度将金属层涂到复制漆层上，这对应于将金属层涂到一个其“深度-宽度”比等于零的平面上的过程，使得该金属层的反射率达到其最大可实现反射率的85％-95％。在这一方面，最大可实现反射率又取决于金属的本质。银和金构成的金属层具有非常高的最大反射率，而铜也非常适合。

如所发现的那样，除了凹凸结构的“深度-宽度”比以外，金属层的透明度还取决于入射光的偏振。该效应可以用作次要的安全特征。

还发现，金属层的透明度和/或反射率还依赖于波长。因此，当用像日光这样的多色光来照射时，可以观察到彩色效应。这些彩色效应可以用作次要的安全特征。

还可以在复制漆层的第二区域内形成第二衍射凹凸结构，第二凹凸结构所形成的“深度-宽度”比小于0.2，所以基本上不透明。

第二凹凸结构还可以具有小于1的“深度-宽度”比。这样，第一和第二凹凸结构可以形成光学内聚区域，在该区域中可以产生0-100％的透明度。可以提供这种区域，以便针对该区域下所排列的结构产生所谓的淡入效果。这样，例如，安全单据的护照照片可以无轮廓边界。这种效果可以作为附加的安全特征。

第一区域可以构成透明的图案区域，该区域可以采用标志或文本的形式并且具有高“深度-宽度”比，该区域下面所设置的背景区域是可见的。然而，第二区域也可以形成以标志或文本为形式的图案区域，该区域具有低“深度-宽度”比，使得该区域是非透明的或在背景区域的映衬下有金属光泽。

第二区域还有可能采用细线图案的形式来延伸，例如连结环图案。使用本发明的特殊优点在于，这种细线图案可以是细丝装饰，并且可以设置成与所有的衍射安全特征对准。例如，在第一区域内设置具有高“深度-宽度”比的凹凸结构，在第二区域内设置具有低“深度-宽度”比的凹凸结构，从而形成连结环图案的细丝线条。

本发明的使用使得第一凹凸结构和/或第二凹凸结构的“深度-宽度”比有可能在x方向上和/或y方向上离散地或连续地变化。

有利的是，可以按那种方式产生具有不同透明性或不同不透明性的光栅单元。任何图像表现都可以通过这种光栅单元来产生，其尺寸最好小于人眼所能分辨的尺寸。

只产生了两类光栅单元，即透明的光栅单元和不透明的光栅单元。其本质为线条图像的单色图像可以按该方式来产生。

然而，像素可以用光栅单元来产生，其灰度值由透明和不透明光栅单元的表面面积比例来决定。黑白图像可以由这种像素产生。

通过让凹凸结构的“深度-宽度”比来决定光栅单元的灰度值，便可以产生在各种灰度等级中移动的光栅单元。这样，便有可能产生具有8位分辨率的单色计算机灰度等级图像。

根据本发明的处理过程来产生这种图像的独特优点在于，有可能产生满足高要求的特别精细的光栅，并且该图像可以与所有的衍射安全特征对准。在这一方面，光栅间距可以低于人眼的分辨率水平。在这种情况下，单个光栅区域的尺寸最好小于300μm，大约50μm则更佳。

通过包络结构和具有高“深度-宽度”比的衍射结构的叠加，还可以形成第一和/或第二凹凸结构。包络结构可以是一种具有光衍射效果的结构，特别是一种用于产生全息图的凹凸结构。然而，包络结构还可以是宏观结构或消光结构。这样，便实现了高水平的对准精确度，同时不涉及其它技术复杂化过程和支出，因为被第一和/或第二凹凸结构覆盖的区域是由所得的普通凹凸结构形成的。在使用本发明的处理过程的情况下，到目前为止为使凹凸结构上所涂敷的金属层结构化所必需的步骤都可以省去了。

有利的是，本发明的安全单元的多层膜体可以采用转移膜特别是热冲压膜的形式。这样，便可以按已知的方式即使用现有的机器和装置，使安全单据特别是钞票或护照具有本发明的安全单元。

有利的是，根据本发明，金属层是通过溅射被涂到安全单元的复制漆层上的。这样，便有可能使用经过试探和测试的过程来产生金属层。较佳地，用于形成金属层的金属被沉积到由复制漆层所定义的平面上，其表面密度对应于将金属层涂到与沉积方向相垂直且“深度-宽度”比等于零的平面上的过程，并且该金属层的反射率是该金属构成的光学非透明金属层的最大反射率的85％-95％。在这一方面，该金属层可以仅由单种金属或金属合金构成。

有利的是，通过UV复制，可以使凹凸结构形成于复制漆层中。通过这种方式，可以特别容易且便宜地产生具有高“深度-宽度”比的凹凸结构。

在具有衍射结构的复制层上，只用常规处理过程很难模仿出用本发明的处理过程所产生的安全特征，因为按精确对准关系来涂敷金属层或将其除去都需要非常高的技术要求。

基于本发明的基本思想，这些变体或变体的组合使得有可能实现复杂且有光学吸引力的安全单元。

下文将参照附图结合一些实施方式来描述本发明，其中：

图1示出了本发明的安全单元的示意图，

图2示出了交叉光栅的凹凸结构的透视图，

图3示出了线状光栅的凹凸结构的透视图，

图4示出了对于图2所示的凹凸结构而言“深度-宽度”比h/d与厚度比ε之间的关系图示，

图5示出了对于图3所示的凹凸结构而言“深度-宽度”比h/d与厚度比ε之间的关系图示，

图6示出了本发明的凹凸结构的示意性截面图，

图7a和7b示出了对于各种金属而言金属层的厚度t与反射率R之间的关系图，

图8a-8d示出了根据本发明具有不同“深度-宽度”比的凹凸结构的示意性截面图，

图9a示出了当用偏振光照射第一金属化线状光栅时透明度T或反射率R依赖于深度h的关系图，

图9b示出了当用非偏振光照射图9a所示的线状光栅时透明度T依赖于深度h的关系图，

图9c示出了对于“深度-宽度”比h/d＝1的第二金属化线状光栅而言透明度T依赖于光波长λ的关系图，

图9d示出了当图9c所示金属化线状光栅的“深度-宽度”比h/d＝0.67时透明度T依赖于光波长λ的关系图，

图9e示出了当图9c所示金属化线状光栅的“深度-宽度”比h/d＝0.33时透明度T依赖于光波长λ的关系图，

图10a-10c示出了当用不同照明角度照射第三金属化线状光栅时透明度T或反射率R依赖于波长λ的关系图，

图11示出了用表面光栅来调节不同的透明度的示意图，

图12示出了在金属层的一种实施方式中透明度T和“深度-宽度”比之间的关系图，

图13示出了带有图1所示本发明的安全单元的安全单据的示意图，

图14示出了本发明的安全单元的第二实施方式的示意图，

图15示出了本发明的安全单元的第二实施方式的示意图，该安全单元带有图13所示的本发明的安全单元，

图16示出了具有本发明的安全单元的安全单据的平面图，以及

图17示出了图15所示安全单元的连环结图案的图示。

图1示出了以多层膜体为形式的安全单元11，它具有载体膜10、剥离层20、保护性漆层21、具有凹凸结构25和26的复制漆层22、排列在凹凸结构25和26上的外金属层23、以及粘合层24。凹凸结构26采用平面凹凸结构。

安全单元11是冲压膜，特别是热冲压膜。然而，安全单元11也可以采用层压膜或粘合膜。

载体层10包括例如PET或POPP膜层，其厚度为10μm-50μm，19μm-23μm则更佳。然后，通过凹版印刷丝网滚筒，将剥离层20和保护性漆层21涂到载体膜上。剥离层20和保护性漆层21最好具有厚度0.2-1.2μm。也可以省去这些层。

然后，涂上复制漆层22。

复制漆层22最好包括可辐射交联的复制漆。较佳地，UV复制过程用于在复制漆层22中形成凹凸结构25和26。在那种情况下，UV可硬化的漆被用作复制漆。在该步骤中，当使凹凸结构形成于漆层中时，在它仍然是软的或流体状时，通过UV辐射或通过UV可交联的漆层的部分辐射和硬化，便在UV可交联的复制漆层中产生了凹凸结构25和26。若不使用UV可交联的漆，则还可以使用另一种辐射可交联的漆。

另外，复制漆层22还有可能包括透明的热塑性材料。通过压印工具，一个或多个凹凸结构(例如，凹凸结构25和26)被压印到复制漆层22中。

针对复制漆层22所选择的厚度是由针对凹凸结构25和26所选择的分布深度决定的。有必要确保复制漆层22具有足够的厚度，以准许凹凸结构25和26的形成。较佳地，复制漆层22具有厚度0.3-1.2μm

作为一个示例，在所涉及的整个表面区域上，借助于线状光栅凹版印刷滚筒，将复制漆层22涂到保护性漆层21上，涂敷重量在干燥前为2.2g/m²。在这种情况下，下面的合成物构成的漆被选作复制漆：

成分                                      重量比

高分子PMMA树脂                            2000

无油有机硅醇酸树脂                        300

非离子的湿润剂                            50

低粘性硝化纤维                            12000

甲苯                                      2000

双丙酮醇                                  2500

然后，在干燥通道中100-120℃的温度下，干燥复制漆层22。

然后，在约130℃下，通过由镍构成的模具，将凹凸结构25和26冲压到复制漆层22中。为了将凹凸结构25和26冲压到复制漆层中，该模具最好是电加热的。在冲压操作之后将模具从复制漆层22中移开之前，可以使该模具再次冷却下来。在将凹凸结构25和26冲压到复制漆层中之后，通过交联或以其它方式，使复制漆层22的复制漆硬化。

还可以通过消融处理过程，将凹凸结构25和26引入复制漆层22中。特别是，激光除去过程适合于该目的。

复制漆层22还可以涂有HRI材料(HRI＝高反射率)，例如ZnS或TiO₂。这样，在凹凸结构具有给定深度的情况下，可以形成更大的透明度。

在这一方面，凹凸结构25和26包括通过普通涂敷过程(例如，溅射)涂有金属层23的凹凸结构，使得凹凸结构25和26上的金属层23的表面密度是恒定的。这样，在具有低“深度-宽度”比的凹凸结构26上的金属层23是不透明的，在具有高“深度-宽度”比的凹凸结构25上的金属层23是透明的。作为示例，凹凸结构26的“深度-宽度”比h/d＝0。

然后，将粘合层24涂到金属层23上。粘合层24最好是包括可热激活的粘合剂的层。然而，根据安全单元11的各种使用，还可以省去粘合层24。

凹凸结构25是一种其各个结构单元都具有高“深度-宽度”比的结构，因此，该凹凸结构与安全单元中为产生光学效果而形成的常规凹凸结构相比，具有大许多倍的有效表面面积。在这一方面，深度被解释为峰值与槽之间的平均间距，而宽度被解释为该凹凸结构中两个相邻结构的间距。令人惊讶地发现，当以标称厚度t₀将金属层涂到凹凸结构上且其局部形成厚度为t时，若凹凸结构的“深度-宽度”比h/d大于1，则厚度比例ε＝t₀/t显著增大。更具体地讲，相对于标称厚度t₀(“平坦”区域中的厚度)而言，该凹凸结构使金属层的厚度t显著减小。以这种方式可以使该金属层透明。

图2示出了图1所示凹凸结构25的一实施方式的放大比例的示意图，它提供与凹凸结构上所设置的金属层23的透明性。

如图2所示，在本示例中，凹凸结构25是周期函数f(x，y)，其中箭头25x和25y表示标识的坐标轴x和y。函数f(x，y)周期性地改变凹凸结构25的深度25z，在所示的情况下是按正弦平方形式在x方向和y方向上来改变深度25z。这提供了图2所示的凹凸分布，其中的结构单元25a、25b、25c和25d在x方向上和y方向上彼此间隔分别是函数f(x，y)的周期长度25p和25q并且具有结构深度25t。在这种情况下，选择周期长度25p和25q，使得它们小于或等于结构深度25t。

因此，图2所示的凹凸结构25包括大小为330nm的周期长度25p和25q以及大小大于500nm的结构深度25t。

在图2所示的图中，分布形状即分布长度25p和25q以及分布深度25t还有可能不相同。关键是，周期长度25p和25q中的至少一个小于或等于结构深度25t。如果周期长度25p和25q中的至少一个小于可见光的边界波长，则实现了特别好的结果。

图3示出了一种凹凸结构，它只在一个坐标方向上具有结构单元25e和25f。其它标号都与图2相同，所以将只考虑与图2所示实施方式有关的差异。结构单元25e和25f以恒定的结构深度25t在y坐标方向25y上延伸。图3用图解法示出的凹凸结构也看起来是透明的。

图4和5示出了金属层23的厚度比ε＝t₀/t与凹凸结构25的“深度-宽度”比h/d之间的关系，它们分别与图2和3所示的凹凸结构有关。

令人惊讶的是，已发现，与之前考虑的交叉光栅(参照图2)相比，在相同的“深度-宽度”比的情况下，对于线状光栅(参照图3)而言，厚度比ε的增量更大。

作为示例，在相同的“深度-宽度”比h/d＝2的情况下，对于线状光栅而言厚度比ε＝4.2，这比上述交叉光栅的厚度比要大。

图6详细示出了关于金属层23的厚度变化效应，这是提供透明性的原因。

图6是复制漆层622的示意截面图，它具有凹凸结构625(其“深度-宽度”比很高)和凹凸结构626(其“深度-宽度”比等于零)。排列在复制漆层622上的是金属层623，例如是通过溅射涂敷的。箭头60标识了涂敷金属层623的方向。在凹凸结构626的区域中金属层623具有标称厚度t₀，而在凹凸结构625的区域中金属层具有比标称厚度t₀要小的厚度t。在这一方面，厚度t被解释为平均值，因为厚度t的形成依赖于凹凸结构的表面相对于水平面的倾斜角。从数学方面看，该倾斜角可以用凹凸结构的函数的一阶导数来描述。

因此，如果倾斜角等于零，则金属层623沉积厚度为标称厚度t₀，如果倾斜角的数值大于零，则金属层623沉积厚度为t，即一个比标称厚度t₀小的厚度。

金属层的透明性还有可能通过凹凸结构来实现，该凹凸结构具有复杂的表面分布，其突起和凹陷具有不同的高度。在这种情况下，这种表面分布还可以包括随机表面分布。在这种情况下，如果相邻结构单元的平均间隔小于凹凸结构的平均分布深度且相邻结构单元彼此间隔小于200μm，则通常会实现透明性。较佳地，在这一方面，相邻突起的平均间隔小于30μm，使得凹凸结构是一种特殊的衍射凹凸结构。

从产生透明区域这一方面看，重要的是，要知道各个参数之间的依赖性并适当地加以选择。若85％的入射光被反射，则观察者会将该区域视为完全反射，若小于20％的入射光被反射且大于80％的入射光透射，则观察者会将该区域视为透明。根据基板、照明等情况，这些数值可能会变化。在这一方面，金属层中的光吸收扮演了一个重要的角色。作为示例，在一些情况下，铬和铜反射得很少。这可能意味着只有50％的入射光被反射，同时透明度小于1％。

图7a和7b示出了根据金属的种类当用波长λ＝550nm的光照射凹凸结构时金属层厚度t(nm)与反射率R(％)之间的关系。在这种情况下，金属层被涂到折射率n＝1.5的透明基板上。对于铝制成的金属层而言(Al，参照图7a)，作为示例，已确定当厚度t＞17nm时会产生反射区域，当厚度t＜3nm时会产生透明区域。因此，厚度比ε被选择成ε＝17/3＝5.67。

表格1示出了当光波长λ＝550nm时排列在塑料膜(反射率n＝1.5)之间的Ag、Al、Au、Cr、Cu、Rh和Ti等构成的金属层的确定反射率。在这种情况下，厚度比ε被定义成反射率R达到最大反射率R_max的80％所必需的金属层厚度t除以反射率R达到最大反射率R_max的20％所必需的金属层厚度t的商。

金属	Rmax	80％Rmax时的t	20％Rmax时的t	ε	h/d
						Ag	0.944	31nm	9nm	3.4	1.92
Al	0.886	12nm	2.5nm	4.8	2.82
						Au	0.808	40nm	12nm	3.3	1.86
Rh	0.685	18nm	4.5nm	4.0	2.31
						Cu	0.557	40nm	12nm	3.3	1.86
Cr	0.420	18nm	5nm	3.6	2.05
						Ti	0.386	29nm	8.5nm	3.3	1.86

表格1

根据试探性的考虑，银和金(Ag和Au)具有很高的最大反射率R_max，却只需要相对较小的“深度-宽度”比就可以提供透明性。铝无可否认地也具有很高的最大反射率R_max，但它需要较高的“深度-宽度”比。因此，金属层最好由银或金构成。然而，金属层也可以由其它金属或金属合金构成。

图8a-8d示出了一种实施方式的示意性截面图，其中示出了凹凸结构825a、825b、826a和826b的配置，它们具有透明度不相同的涂敷金属层。在所示的示例中，那些凹凸结构具有多个结构单元，两个结构单元之间的间隔d＝350nm。图8a-8d没有示出间隔d。在各种情况下，凹凸结构都被金属层823占据，其标称厚度t₀＝40nm。在具有这种厚度的情况下，金属层823在平面背景中看起来是不透明的或反射的。

图8a示意性地示出了透明的凹凸结构825a，其深度h＝800nm。“深度-宽度”比(它决定了金属层823的透明度)因此是h/d＝2.3。

图8b示意性地示出了透明的凹凸结构825b，其深度h＝400nm。“深度-宽度”比(它决定了金属层823的透明度)因此是h/d＝1.14。与图8a的实施方式相比，金属层823看起来不那么透明。

图8c示意性地示出了不透明的凹凸结构826a，其深度h＝100nm。“深度-宽度”比(它决定了金属层823的透明度)因此是h/d＝0.29。金属层823的透明度是如此之小以至于金属层823看起来不透明，但是与图8d所示实施方式相比它还具有透明的成分。

图8d示意性地示出了凹凸结构826b，其深度h＝0nm。“深度-宽度”比(它决定了透明度)因此是h/d＝0。金属层823看起来完全不透明，例如是反射型的。

表格2示出了针对具有不同“深度-宽度”比的凹凸结构通过严格的衍射计算而获得的计算结果，这些凹凸结构以线状正弦光栅为形式，其光栅间隔为350nm。这些凹凸结构涂有银，其标称厚度t₀＝40nm。落在凹凸结构上的光具有波长λ＝550nm(绿色)，并且是TE-偏振或TM-偏振。

深度-宽度比	光栅间隔(nm)	深度(nm)	反射率(OR)TE	透明度(OT)TE	反射率(OR)TM	透明度(OT)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％

表格2

已发现，除了“深度-宽度”比以外，透明度还依赖于入射光的偏振性。对于“深度-宽度”比d/h＝1.1，表格2示出了这种依赖性。这种效应还可以被用于次要的安全特征。

还发现，本发明的凹凸结构的透明度或反射率是依赖于波长的。图9a-9e以图的形式示出了可证明这种效应的计算结果。

图9a是反射率R或透明度T与第一正弦光栅的光栅深度h(nm)之间的关系图，该光栅的周期或间隔d＝300nm。光栅深度从h＝0nm变到600nm，等价于“深度-宽度”比h/d从零变到2。该光栅涂有一层银，其厚度为t₀＝50nm，并且用波长λ＝550nm的偏振光来照射。关于这些曲线，用OR TM来标识TM偏振光的反射率，用OT TM来标识TM偏振光的透明度，对于TE偏振光而言用OR TE和OT TE进行相似地标识。

从图9a中可以看出，对于TE偏振光而言，本发明的效果特别明显。

图9b示出了当用非偏振光照射时图9a中所用的光栅的透明度T与光栅深度h之间的关系图。

图9c示出了当使用第二正弦光栅时光波长对透明度T的影响，该第二正弦光栅与图9a构造相似，其中光栅深度h＝300nm，等价于“深度-宽度”比h/d＝1。可以看出，光的偏振和偏振的本质(OT TM或OT TE)都对透明度T有影响，同时透明度T依赖于光波长。针对非偏振光由OT unpol标识的曲线在两条曲线OT TM和OT TE(分别对应于TM-偏振光和TE-偏振光)之间延伸。

图9d和9e示出了减小“深度-宽度”比h/d对那些关于透明度T的曲线配置的影响。

图9d涉及关于正弦光栅的透明度T的表示，就像图9c所示那样，其中光栅深度h＝200nm，等价于“深度-宽度”比h/d＝0.67。透明度T显著低于图9c，特别是当用非偏振光来照射时。当用λ＝450nm的TM-偏振光进行照射时，将观察到接近于零的透明度。

图9e示出了关于正弦光栅的透明度，就像图9c所示那样，其中光栅深度h＝100nm，等价于“深度-宽度”比h/d＝0.33。透明度T现在非常小，使得涂到该光栅上的银金属层在所有的波长处看起来都是不透明的。

如图9a-9e的计算结果所示，具有高“深度-宽度”比的本发明的凹凸结构可以产生彩色效果，当用多色光(例如日光)照射时会观察到彩色效果。那些彩色效果可以被用作附加的次要安全特征。

还发现，如果光的入射角与垂直入射角不同，则透明度下降，换句话说，如果光不是垂直入射的，则透明度下降。这意味着具有本发明的凹凸结构的区域只有在有限的光入射锥角内才是透明的。因此，该效果被用作另一个安全特征。可以想像，当斜着观察时，金属层是不透明的。

图10a-10c示出了对于第三正弦光栅而言光入射角对透明度T或反射率R的影响，该光栅的间隔d＝300nm，并且涂有一层银，其厚度t₀＝55nm。

图10a示出了当光垂直入射时的初始情况。关于透明度T的曲线配置定性地对应于图9所示。从下文将看出，与透明度T相比，反射率R不那么依赖于波长了。这特别适用于用非偏振光来照明的情况。

图10b示出了关于透明度T或反射率R的曲线配置，其中照射的角度分别是在与光栅线条侧面相垂直的方向上相对于垂线的角度θ＝20°以及在与光栅线条侧面相平行的方向上相对于垂线的角度＝0°。与图10a相比，透明度T和反射率R都在较宽的范围内依赖于波长，特别是用非偏振光进行照射时。

图10c示出了关于透明度T或反射率R的曲线配置，其中照射的角度分别是θ＝0°和＝20°。因此，光线是倾斜入射的，与光栅线条侧面相平行。波长依赖性配置是显著定性地不同于图10b。

图11示出了一种用于产生具有不同透明度T的区域的实施方式的示意图。在这种情况下，区域91-96具有级差为20％的不同的透明度T，从透明度T＝0％的区域91开始，到透明度T＝100％的区域96。从图11中可以清楚地看到，为了该目的，区域91-96都是光栅配置，它们都具有不透明的光栅单元91o-95o以及透明的光栅单元92t-96t。区域91-96可以采用例如像素的形式，这些像素具有不同的透明度T。

在所示的实施方式中，不透明的光栅单元91o-95o在图11中被标记为黑色，而透明的光栅单元92t-96t被标记为白色。这只是粗略的示意图，并未再现光栅单元和区域之间真实的尺寸关系。区域91-96的透明度都由不透明的光栅单元91o-95o的总的表面面积与透明的光栅单元92t-96t的总的表面面积之比来描述。光栅单元的生产尺寸是人眼无法识别的。因此，以上述方式安排光栅的区域91-96最好从视觉上看起来不透明的和透明的光栅单元均匀分布，就好像这些区域具有均一的透明度T一样。

在所示的实施方式中，不透明的光栅单元91o-95o具有“深度-宽度”比h/d＝0并且金属层具有标称的厚度t₀，所以这些光栅单元具有透明度T＝0％。透明的光栅单元92t-96t具有高“深度-宽度”比，即最好h/d＞2。然而，不透明的光栅单元91o-95o也可以具有低“深度-宽度”比，例如h/d＝0.1，并且透明的光栅单元92t-96t具有相对较高的“深度-宽度”比，例如h/d＝1。

区域91和96只包含一种光栅单元，所以例如区域91只具有不透明的光栅单元91o，其透明度T＝0％。区域96只具有透明的光栅单元92t，因此其透明度T＝100％。区域92-95具有不透明的光栅单元92o-95o以及透明的光栅单元92t-95t，因此，具有20％-80％的透明度。

还可以形成具有不同灰度级的区域，在这些区域中“深度-宽度”比不同。图12通过图参照一个示例示出了如何用“深度-宽度”比h/d来调节透明度T。如上所述，透明度T和“深度-宽度”比h/d之间的关系取决于许多参数，例如金属的种类和凹凸结构的本性。然而，透明度T基本上随着“深度-宽度”比h/d的增大而增大。在本示例中，当“深度-宽度”比h/d＝5.3时，透明度T＝100％。该比例基于解决方案的试探式方法。在没有明显的质量下降的情况下，图11中由标号96所标识的完全透明区域可以在“深度-宽度”比h/d＝＞1.0的情况下(比如h/d＝2.2)产生，使得透明度T＝80％。例如，较低的“深度-宽度”比在技术上是有利的。

以参照图11和12所描述的方式，可以产生图像表示。因为该过程有可能具有高分辨率，所以可以按那种方式产生具有高成像质量的图像，例如，以标志或题字为形式。例如，用黑白光栅的处理过程，便可以产生线条图像或黑白光栅图像。如上所述(参照图11)，在这一方面，像素的透明度由不透明的光栅单元和透明的光栅单元之间的比例决定。然而，像素也可以采用均质区域的形式，这些区域具有不同的“深度-宽度”比(参照图12)。这样，例如，可以按灰度级模式以图像表示为形式产生计算机图像。因为该过程有可能具有高分辨率，所以可以以该方式产生高品质的灰度级图像，例如，可以在任何背景下再现出高品质的照片图像。

然而，还有可能产生具有连续变化的透明度的宏观区域，这样，有可能使在这种区域下排列的各单元以光学的方式“淡入”。这样，例如，有可能在没有明显的边界划界的情况下再现出护照照片。

图11和12中的解决方案还可以组合起来，由此可以实现其它效果。例如，人眼可见的光栅单元被用作配置单元，例如，以分类光栅为形式。

图13示出了一种安全单据12的示意图，它具有卡片体28和排列在卡片体28上的图像单元27以及图1所示的安全单元11。相同的单元用相同的标号来表示。

为此目的，将安全单元11从载体膜10上拉下来，并贴到卡片体28上。在这一方面，剥离层20(参照图1)帮助将安全单元从载体膜10上剥离掉。

由于贴上了安全单元11，现在只有凹凸结构25下面的图像单元27的区域仍然能看得到。对于观看安全单据的人而言，凹凸结构26下面的图像单元27是看不到的。因为金属23的存在，它们看起来像是反射区域，这一点从图15和16中就可看出，它们可以采用像连结环这种形式的精细图案形式。根据上述过程而贴上的图案可以是如此精细，以至于它无法用另外的处理过程(例如彩色复印过程)来模仿。

图14和15示出了安全单元和具有该安全单元的安全单据的第二实施方式，其中相同的单元用相同的标号来表示。

图14示出了以多层膜体为形式的安全单元111，它具有载体膜10、剥离层20、保护性漆层21、复制漆层22、金属层、以及粘合层24，其中该复制漆层带有凹凸结构25、26和其它凹凸结构125、126。凹凸结构125和126分别是一种正弦配置的结构与凹凸结构25和26重叠的结果。重叠的结构可以包括一种用于产生全息图的结构，这样，在凹凸结构125的区域中看起来是可见的，而在凹凸结构126的区域中是不可见的。作为示例，在这一方面，凹凸结构26和126可以形成连结环图案，该图案无法用常规处理过程再现，即它以安全特征为形式。

与图13类似，图15示出了安全单据112的示意图，图14所示的安全单元111贴到该安全单据112上。

图16和17示出了一种身份证件110的使用示例。该身份证件110具有该身份证件持有者的照片110p、题字110k、个人的题字110V以及连环结图案110g。

在所示的实施方式中，照片110p、题字110k和个人的题字110V是根据技术规定而加到证件110的卡片体上的。连环结图案110g(为了更清晰，图17给出了详细地图示)被置于卡片的整个表面上。在所示的实施方式中，连环结图案110g的线条以区域为形式，这些区域具有小于0.2的“深度-宽度”比以及50μm的宽度，它们直接邻接着具有高“深度-宽度”比的透明区域。这以特别简单的方式提供了一种具有防伪造本性的身份证件，因为连环结图案110g无法用其它处理过程来施加。

像图16所示实施方式的安全单据结合了两方面优点：安全防伪水平得到提高；以及生产制造起来很简单且更精确。更具体地讲，因为透明和不透明的区域可以在一个处理步骤中产生，所以对准印刷过程中出现的定位问题不再出现了，即透明区域、不透明区域和背景区域不再必须以高精确度来彼此对准。本发明的过程使得通过表面结构化来产生透明的和不透明的区域，更具体地讲，这些区域精确地位于它们想位于的地方。在这一方面，可以包括多层薄膜系统、液晶系统等。

Claims (23)

1.一种以多层膜体为形式且带有复制漆层(22)的安全单元(11)，其中在坐标轴x和y所定义的平面内，第一凹凸结构(25)被定形到所述安全单元的第一区域内的复制漆层(22)中，并且在所述安全单元(11)的第一区域内以及相邻的第二区域内，其表面密度相对于坐标轴x和y所定义的平面来讲是恒定的那一层金属层(23)被涂到所述复制漆层(22)上，

其特征在于，

所述第一凹凸结构(25)是衍射结构，其单个结构单元的“深度-宽度”比大于0.5，并且与所述第二区域内的金属层(23)的透明度相比，在所述第一区域中金属层(23)的透明度因第一凹凸结构(25)而增大。

2.如权利要求1所述的安全单元，其特征在于，所述金属层(23)以某一表面密度被涂到复制漆层(22)上，该表面密度对应于将金属层(23)涂到其“深度-宽度”比等于零的平表面上的过程，同时所述金属层的反射率达到其最大反射率的85％到95％。

3.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，所述凹凸结构(25)的深度是所述坐标x和/或y的函数的形式。

4.如权利要求3所述的安全单元，其特征在于，所述函数是随机函数。

5.如权利要求3所述的安全单元，其特征在于，所述函数是sin²(x，y)类函数。

6.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，第二衍射凹凸结构(26)被定形到所述相邻的第二区域内的复制漆层(22)中，其中所述第二凹凸结构的单个结构单元的“深度-宽度”比小于所述第一凹凸结构的单个结构单元的“深度-宽度”比。

7.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，所述第二凹凸结构(26)具有小于0.2的“深度-宽度”比。

8.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，所述第二凹凸结构(26)具有小于0.5的“深度-宽度”比。

9.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，所述第二区域是图案区域，特别是具有连环结图案或标志或文本等形式，而所述第一区域是背景区域。

10.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，第一凹凸结构(25)和/或第二凹凸结构(26)的“深度-宽度”比在x方向上和/或y方向上不断变化。

11.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，所述第一区域或所述第二区域是具有许多微区域的光栅式配置，其中所述微区域的尺寸和/或光栅间隔小于人眼所能分辨的间隔。

12.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，所述第二凹凸结构是一种具有光衍射效果以便产生图案的结构、宏观结构、或消光结构。

13.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，第一或第二凹凸结构(125，126)是通过包络结构和衍射结构的重叠而形成的，其中该衍射结构中的单个结构单元的“深度-宽度”比大于0.5。

14.如权利要求13所述的安全单元，其特征在于，所述包络结构是一种具有光衍射效果的结构，特别是一种用于产生全息图的凹凸结构。

15.如权利要求13所述的安全单元，其特征在于，所述包络结构是一种宏观结构。

16.如权利要求13所述的安全单元，其特征在于，所述包络结构是一种消光结构。

17.如上述权利要求之一所述的安全单元，其特征在于，所述多层膜体是转移膜，特别是热冲压膜。

18.一种安全单据，特别是钞票或护照，它具有上述权利要求之一所述的安全单元。

19.一种以多层膜体为形式的安全单元(11，111)的生产过程，其中在该过程中，第一凹凸结构(25)被定形到安全单元(11，111)的第一区域内的多层膜体的复制漆层(22)中，并且在安全单元(11)的第一区域内以及相邻的第二区域内，其表面密度相对于复制漆层(22)所定义的平面来说是恒定的那一层金属层(23)被涂到复制漆层(22)上，

其特征在于，所述第一凹凸结构(25)形成其“深度-宽度”比大于0.5的衍射结构的形状，并且相对于复制漆层(22)所定义的平面以某一表面密度涂敷金属层(23)，与所述第二区域内的金属层(23)的透明度相比，所述第一区域内的第一凹凸结构(25)使所述金属层(23)的透明度增大。

20.如权利要求19所述的过程，其特征在于，所述金属层(23)是通过汽相沉积而被涂敷到复制漆层(22)上的，特别是溅射、电子束汽相沉积、或阻抗加热的热汽相沉积。

21.如权利要求20所述的过程，其特征在于，用于形成金属层(23)的金属被沉积在复制漆层(22)所定义的平面上，其表面密度对应于将金属层(23)涂到与沉积方向相垂直且“深度-宽度”比等于零的平表面上的过程，同时所述金属层的反射率达到由所述金属构成的光学非透明金属层的最大反射率的85％到95％。

22.如权利要求19到21中任一项所述的过程，其特征在于，形成于安全单元(111)的第三区域内的是第三凹凸结构(125，126)，该第三凹凸结构是具有第四凹凸结构的包络曲线与第一凹凸结构(25)和/或第二凹凸结构(26)重叠的形式，所以在所述第三区域内与第一凹凸结构(25)重叠的那些子区域中由所述第四凹凸结构包含的信息是可见的，并且在所述第三区域内与第二凹凸结构(26)重叠的那些子区域中由第四凹凸结构包含的信息是不可见的。

23.如权利要求19到22中任一项所述的过程，其特征在于，所述凹凸结构都是通过UV复制而被定形到复制漆层(22)中的。

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