CN103852815B - 一种变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜及其制作方法，属于烟包防伪技术领域。该变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜包括柔性衬底和镀制在柔性衬底上的反射防伪膜系，所述防伪膜系由金属‑介质膜层结构组成，所述防伪膜系反射光颜色的饱和度随入射角度由小到大而发生变化。区别于现有的防伪膜系颜色色调角变化，本发明通过控制防伪薄膜的材料和厚度参数，通过对不同层数的设计、调试，实现在不同观察角度，防伪薄膜的颜色色调不发生变化，而是饱和度发生变化，从而实现变色的效果，利于消费者鉴别。
Description
技术领域
本发明涉及一种防伪薄膜及其制作方法，特别涉及一种具有变饱和度特征的光学干涉变色防伪薄膜及其制作方法，通过制作的防伪变色薄膜较易被消费者鉴别，从而达到防伪的目的，属于烟包防伪技术领域。
背景技术
光学干涉变色薄膜是根据多层复合膜光学干涉原理设计而成。当光入射到此防伪膜系结构，由于各层膜的材料特性和厚度等物理参数的不同组合，会使不同波长的光出现干涉相长和相消，当从不同角度观察时，可以看到反射光颜色色调将发生变化，这种变色效应现已被广泛应用在货币、有价证券、证件以及各种高档烟酒产品的防伪上。
目前，在原有光变薄膜干涉结构基础上又陆续出现了一些新的技术和方法，例如通过增加材料的偏振特性、电磁特性、化学材料的不同配比来实现防伪变色的目的。但这样一来，不但增加了制作工艺的难度，在检测手段上需要借助于其它的检测工具，不能实现大众检测的目的，同时也增加了产品的印制成本。目前市面上大多数的光学干涉防伪薄膜，主要是通过设计不同的膜系结构，实现与人民币上的光变油墨类似的变色效果，即在不同的观察角度，两种颜色的色调角发生明显的变化。这种技术逐渐成熟，而且也易被仿造。鉴于此，只有在现有光学干涉防伪薄膜结构基础上，设计出能够利用现有工艺大批量制造的防伪薄膜，而且检测时实现不同的变色效果，才能在降低生产成本与工艺难度的基础上实现安全防伪。
发明内容
本发明的目的在于针对现有光学变色薄膜防伪主要是利用薄膜的色调角变化来实现防伪效果，提出一种变饱和度的光学干涉变色效应的防伪薄膜及其制作新方法，通过设定和控制薄膜不同层数的物理参数，实现薄膜的饱和度变化（不同角度观察色调角不变，但是薄膜颜色会由较为鲜艳的颜色变为接近于中性色的颜色）。该方法简单易行、区别于现有的薄膜防伪技术，易于批量生产和防伪检测，同时又能达到很好的防伪效果。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜，包括柔性衬底和镀制在柔性衬底上的反射防伪膜系，所述防伪膜系由金属-介质膜层结构组成，其中防伪膜系反射光颜色的饱和度随入射角度由小到大而发生变化（由较鲜艳的某种颜色变成接近中性色的颜色）。区别于通常的颜色的色调角变化，而是颜色的饱和度（鲜艳度）在发生变化。
上述方案中，所述的防伪膜系的膜层结构的总膜层数为3层，包括反射金属层、介质层以及半透射金属层。
上述方案中，所述的柔性衬底为不同厚度的PET或PI膜，膜厚在20μm-100μm之间。
上述方案中，所述的介质层包含一种或一种以上不同反射率介质材料，用于控制颜色；所述的介质层可为单层，介质层的介质材料可以选择TiO2、SiO2和Al2O3中的一种。
所述的介质层还可为两层以上，介质材料为具有高低折射率的组合的TiO2、SiO2和Al2O3中的两种以上，即两层以上介质层中的介质材料分别为TiO2及SiO2和/或Al2O3中的两种以上的组合。如本发明中，TiO2、SiO2和Al2O3的折射率分别为2.55-2.73，1.42和1.76。可选择高折射率的TiO2和低折射率的SiO2或Al2O3中的一种形成高低折射率材料的组合，或选择TiO2、SiO2和Al2O3三种组合，TiO2位于中间层，SiO2和Al2O3分别位于上下层，形成多层介质膜，从而实现颜色色调角的控制。具有高低折射率的组合介质层光学厚度的变化直接决定了该防伪薄膜的颜色变化，故介质层厚度需根据所需反射颜色的要求来具体设计。以Al2O3为例，其厚度在100-400nm范围连续变化的情况下，膜层反射光颜色由蓝紫向黄色逐渐变化，即随着介质层厚度的增加，薄膜呈现的颜色所对应波长由短波向长波方向移动。
上述方案中，所述的半透射金属层为镍、铬或者二者的合金材料，厚度在4nm-7nm之间，可实现颜色饱和度的控制。
上述方案中，所述的反射金属层为金属铝、金和银中的一种或两种以上，厚度在50nm-150nm之间，可实现反射光强度的控制。
上述变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜的制作方法，包括如下步骤：以PET或PI膜作为柔性衬底，在柔性衬底上依次镀制反射金属层、介质层和半透射金属层。
所述的镀制方法为磁控溅射、蒸镀或原子层沉积等方法。采用射频磁控溅射、蒸镀或原子层沉积的方式在柔性衬底上依次镀制反射金属层、介质层和半透射金属层，并可实时监控膜层镀制厚度。
多数情况下的防伪膜系，入射光正入射情况下，经反射膜系后为某种色调的颜色，改变角度后变成另一色调角色差较大的颜色。本发明主要是根据需要选择合适的防伪膜系材料和厚度，入射光正入射（0°角）情况下，经反射膜系后反射的光呈现某种色调的颜色，入射角分别为45°，60°时，经反射膜系后反射光颜色的色调不变、饱和度逐渐发生变化，沿着图4所示色品图等色调线变化，变为接近非彩色，即为图4中所示点1处色品坐标（x,y）=(0.33,0.33)的颜色。
本发明提供的变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜及其制作方法，利用光学干涉变色原理，设计一种膜系周期结构，使在同一入射光源下，正入射与大角度入射时，反射光的颜色饱和度有明显差异。这种差异不同于现有防伪膜系的颜色色调角变化（如从绿色变成蓝色），而是颜色的饱和度发生变化，即在不同角度观察时，颜色的色调保持不变，但是会从较为鲜艳的颜色变为接近中性色的颜色。该发明制作方法简单，成本低廉，并且能通过目测识别，同时又能达到很好的防伪效果。
区别于现有的防伪膜系颜色色调角变化，本发明通过控制防伪薄膜的材料和厚度参数，通过对不同层数的设计、调试，实现在不同观察角度，防伪薄膜的颜色色调不发生变化，而是饱和度发生变化，从而实现变色的效果，利于消费者鉴别。
附图说明
图1是干涉变色防伪薄膜的膜层结构示意图。
图2是实施例中干涉变色防伪薄膜正入射和大角度入射下的反射光谱图。
图3是本发明实施例中膜系颜色随观察角度变化在xy色品图上的变化图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，为本发明干涉变色防伪薄膜的膜层结构示意图，膜层包括防伪膜系膜层结构中的半透射金属层4、介质层3以及反射金属层2。
本发明的变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜，包括镀制在柔性衬底1上的反射防伪膜系组成周期性结构，防伪膜系由金属-介质膜层结构组成，其中防伪膜系反射光颜色的饱和度随入射角度由小到大变化而发生变化（由较鲜艳的某种颜色变成接近中性色的颜色）。防伪膜系的膜层结构的总膜层数为3层，包括反射金属层2、介质层3以及半透射金属层4。
构成柔性衬底1的材料为不同厚度的PET或PI膜，膜厚在20μm-100μm之间。
膜层结构控制颜色的介质层3包括一种或两种以上不同反射率介质材料的混合物；构成反射防伪膜系介质层3的材料为具有高低折射率的TiO2、SiO2、Al2O3中的一种或几种的混合物，可实现颜色色调角的控制。介质层3可为单层，介质材料为TiO2、SiO2或Al2O3；介质层3还可为两层以上，介质材料为具有高低折射率的组合的TiO2及SiO2和/或Al2O3。介质层3光学厚度的变化直接决定了该防伪薄膜的颜色变化，故介质层3厚度需根据所需反射颜色的要求来具体设计相应厚度。
构成反射防伪膜系半透射金属层4的金属材料为镍、铬或者二者的合金材料，厚度在4nm-7nm之间，可实现颜色饱和度的控制。
构成反射防伪膜系反射金属层2的金属材料为铝、金、银中的一种或两种以上，厚度在50nm-150nm之间，可实现反射光强度的控制。
本发明提供的变饱和度的干涉变色防伪薄膜设计及制作方法，是基于图1所示的干涉变色防伪薄膜结构模型实现的。采用射频磁控溅射、蒸镀或原子层沉积的方法在柔性衬底上依次镀制反射金属层、介质层和半透射金属层。这里的防伪薄膜，包括镀制在柔性衬底1上的反射防伪膜系，防伪膜系由金属-介质膜层结构组成，其中防伪膜系在小角度（0°）和大角度（60°）入射情况下呈现出特定的相同色调、但饱和度不同的颜色。
实施例1
一种变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜的制作方法，包括如下步骤：以厚度为50μm的PET膜作为柔性衬底，首先将PET衬底在去离子水和酒精里分别超声10分钟，后用去离子水反复冲洗，以保证衬底洁净；采用射频磁控溅射、蒸镀或原子层沉积的方法方式在PET衬底上依次镀制反射金属层2、介质层3和半透射金属层4。
介质层3材料为厚度为80-120nm的Al2O3（折射率为1.76），来实现颜色色调角的控制，使薄膜反射光颜色呈现蓝色。
半透射金属层4为铬，厚度为4-7nm，用来实现颜色饱和度的控制。
反射金属层2为金属铝，厚度为100-250nm，用来实现反射光强度的控制。
实施例2
一种变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜的制作方法，包括如下步骤：以厚度为50μm的PET膜作为柔性衬底，首先将PET衬底在去离子水和酒精里分别超声10分钟，后用去离子水反复冲洗，以保证衬底洁净；采用射频磁控溅射、蒸镀或原子层沉积的方法方式在PET衬底上依次镀制反射金属层2、介质层3和半透射金属层4。
介质层3材料为厚度为160-240nm的Al2O3（折射率为1.76），来实现颜色色调角的控制，使薄膜反射光颜色呈现黄色。
半透射金属层4为铬，厚度为4-7nm，用来实现颜色饱和度的控制。
反射金属层2为金属铝，厚度为100-250nm，用来实现反射光强度的控制。
在本实施例1、2中，两个膜系在D65光源照射，10°观察视场角，0°入射的情况下，防伪膜系显示某种特定色调的颜色（实施例1和2分别为如图2，图3中所示的蓝色和黄色）；而在45°角和60°角入射下，反射防伪膜系呈现颜色的色调角不变（仍然为蓝色或黄色），但是颜色的饱和度变低，逐渐变成接近非彩色的颜色。
图2所示为实施例1、2中设计出的两种不同变饱和反射防伪膜系结构，在正入射、45°角、60°角入射下干涉变色防伪薄膜的反射光谱图，其中横坐标为波长，单位为nm，纵坐标为反射率。从图中可以看出，正入射（0°角）下，设计不同的防伪膜系可分别反射蓝光与黄光；45°和60°大角度入射下，反射膜系反射光颜色分别均包含更多不同波长的光能量，颜色的饱和度降低，但是色调角没有变化。
图3为本发明实施例1、2中膜系颜色色品坐标变化图，由图可知，变化不同观察角度，两个膜系反射颜色的色调角几乎没有发生变化，但是颜色的色品坐标点均沿着图中的等色调角变化方向接近非彩色点（0.33，0.33）。图3中列出的是两套膜系结构在不同观察角度呈现的颜色xy色品坐标变化。其中第一膜系结构，在0°，45°，60°角度观察时，所呈现颜色都为黄色，但是色品坐标分别为（0.159，0.058），（0.274，0.183），（0.344，0.323）；第二膜系结构，在0°，45°，60°角度观察时，所呈现颜色都为蓝色，但是色品坐标分别为（0.370，0.376），（0.405，0.397），（0.476，0.426）。可见，即随着观察角度增大，两种膜系结构所呈现颜色的色调保持不变，但是颜色的饱和度发生较为明显的变化，对于不同的膜系结构，分别会出现饱和度增大或减小的情况。
本发明通过控制防伪薄膜的材料和厚度参数，通过对不同层数的设计、调试，实现在不同观察角度，防伪薄膜的颜色色调不发生变化，而是饱和度发生变化，从而实现变色的效果，利于消费者鉴别，可用于烟包防伪等领域。
以上所述具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，但并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本报发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜，其特征在于：它包括柔性衬底和镀制在柔性衬底上的反射防伪膜系，所述防伪膜系由金属-介质膜层结构组成，所述防伪膜系反射光颜色的饱和度随入射角度由小到大而发生变化；所述的防伪膜系由反射金属层、介质层和半透射金属层组成，所述的柔性衬底的厚度为20μm-100μm，所述的半透射金属层的厚度为4nm-7nm，所述的反射金属层的厚度为100-250mm；所述的柔性衬底为PET或PI膜；所述的介质层包含两种以上不同反射率的介质材料；所述的介质层为三层，TiO2位于中间层，SiO2和Al2O3分别位于上下层；所述的半透射金属层为镍、铬或者二者的合金；所述的反射金属层为铝、金和银中的一种或两种以上。
2.权利要求1所述的变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜的制作方法，包括如下步骤：以PET或PI膜作为柔性衬底，在柔性衬底上依次镀制反射金属层、介质层和半透射金属层。
3.根据权利要求2所述的变饱和度的光学干涉变色防伪薄膜的制作方法，其特征在于：采用射频磁控溅射、蒸镀或原子层沉积的方法在柔性衬底上依次镀制反射金属层、介质层和半透射金属层。
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