CN104203528B - 具有三维安全元件的注塑产品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造三维安全元件和具有所述三维安全元件的注塑产品，尤其是涉及一种制造三维安全元件的方法，该三维安全元件适用于通过采用摩尔纹放大现象的模内装饰工艺来制造，以及制造应用了所述三维安全元件的注塑产品的方法。根据本发明所述的一个具体实施方式，包括三维安全元件以及具有所述三维安全元件的注塑产品，该三维安全元件还包括：微透镜阵列，多种类型的透镜可被应用于该阵列；图像阵列；便于附着的底漆层；以及用于保护所述三维安全元件免受热量和压力作用的保护膜。根据上述构造，本发明可实现三维效果，例如潜影的图像效果、悬浮效果以及倒置的视差效果，效果是由在微透镜阵列和图像阵列之间的周期律和匹配角度来决定的。

Description

具有三维安全元件的注塑产品及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有用于与防伪技术相关的防伪的安全元件的注塑产品及其制造方法。
背景技术
当前随着便携式设备的发展，仿冒产品急速增加。仿冒产品制造的精巧达到了专家都难以区分的程度，作为正品而购买的消费者也受到相当大的损失。问题在于：在外观上难以区分正品和仿冒产品。此期间，为了解决该问题，企业方面努力开发技术，但当前的实际情况是：因防伪技术的研究和适用所花费的费用或验证是否为仿冒品所需的设备等问题，难以得到实效性的结果。由此，急需开发用于处理逐渐增加的仿冒产品的新的防伪技术。
为了解决该问题而研发的新技术中的一种技术是利用摩尔纹(moiré)现象的技术。摩尔纹现象是层叠具有规则的两个连续的图案，形成另一个图案。在显示领域中，技术的发展方向是不发生摩尔纹现象的方向，但在防伪领域中，试图利用其而运用为新的防伪要素。但当前大部分的适用对象只能限定于纸张媒介等，但因超精密伪造手法的出现，而发生防伪性能降低等问题，由此，急需对此提供解决方案。
发明内容
要解决的问题
本发明要解决的课题为制造一种具有高防伪性而难以伪造，并能够容易、简单且准确辨别真伪的三维安全元件。
本发明要解决的另一个课题为提供一种制造适用上述三维安全元件的注塑产品的工艺及其产物。
解决方案
为了解决上述问题而研发的制造本发明的具有三维安全元件的注塑产品的方法，包括如下步骤：制造金属底板，利用激光及电子束，将图像阵列和微透镜阵列的细小图案曝光至涂敷有光刻胶的玻璃板材上，并通过显像、电铸成型工艺而制造金属底板；成型细小图案，通过所述金属底板，在基板基材两面上将图像阵列和微透镜阵列成型为紫外光固化树脂；显现图像阵列，为了更鲜明地表现所述图像阵列，在成型有图像阵列的一面上填充墨粉或进行真空沉积；为了容易地与注塑产品黏合，在成型有所述图像阵列的一面涂敷底漆层；附着保护膜，用于保护所述微透镜阵列免受注塑工艺中施加的热量和压力；注塑成型，利用所述三维安全元件，通过模内装饰注塑工艺制造预定形状的注塑产品。
并且，本发明包括：微透镜阵列，成型于基板基材和所述基板基材的一面上，以二维方式排列具有折射和衍射及GRIN(梯度指数)形式的多个透镜而形成；图像阵列，成型于所述基板基材的另一面上，以二维方式排列各种模图案或图像而形成；底漆层，涂敷于所述图像阵列的一面上，使容易地进行与注塑产品的黏合；保护膜，附着于所述微透镜阵列的一面上，起到保护透镜免受热和压力的作用。
有益效果
本发明的实施例的三维安全元件具有如下优点：通过精巧的细小图案制造工艺及图案整合工艺制造，不可能进行模仿制造，产品的防伪效果卓越。并且，摆脱现有的纸张媒介所使用的方式，通过模内装饰(Inmold)成型，附着于注塑产品时，与其它方法相比具有几种优点。具有设计灵活性、通过单一作业实现各种颜色、立体效果及质感、长久保存的图像的制造生产力及节省系统费用。
并且，安全元件具有防伪效果，而且，放大的立体图像呈现深层次感并随着观察的角度而显示移动的形态，因此，在视觉上具有非常优秀的吸引人的效果。
将三维安全元件适用于便携设备、家电产品、部件等各种产品和注塑式卡片或身份证时，因为防伪性和辨别性优秀，在防伪方面，具有卓越的效果。并且，用肉眼能够容易地辨别真伪，能更有效预防犯罪。
附图说明
图1为显示三维安全元件的一个实施例的截面图；
图2为显示微透镜阵列的一个实施例的放大剖视图；
图3为显示图像阵列的一个实施例的放大剖视图；
图4为显示具有一个实施例的三维安全元件的注塑产品的制造方法的流程图；
图5为具有与微透镜阵列相反的形状的一个实施例的第一金属底板的截面图；
图6为具有与图像阵列相反的形状的一个实施例的第二金属底板的截面图；
图7为一个实施例的涂敷有紫外光固化树脂的基板基材的截面图；
图8为一个实施例的形成有微透镜阵列和图像阵列的三维安全元件的截面图；
图9为一个实施例的形成有着色层的三维安全元件的截面图；
图10为一个实施例的形成有底漆层的三维安全元件的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行具体说明。本说明书中所使用的用语为考虑实施例的功能而选择的用语，其用语的意义可根据使用者、运用者的意图或惯例等变化。因此，下面所述的实施例中使用的用语的意义，具体被定义于本说明书中时，按照其定义，没有具体的定义的情况时，本领域技术人员按普通定义进行解释。并且，应当理解的是，在本说明书中，称“第一物质层形成于第二物质层”时，是表示第一物质层直接形成于第二物质层上，在不存在明确的排它性记载时，也包括其它第3物质层介于第二物质层和第一物质层之间的情况。
图1为显示三维安全元件的一个实施例的截面图。
参照图1，三维安全元件包括：基板基材101；微透镜阵列102，形成于基板基材101的一面上；图像阵列103，形成于基板基材101的另一面；底漆层105，涂敷而形成于图像阵列103的一面上；保护膜106，附着于微透镜阵列102上部。
基板基材101位于微透镜阵列102和图像阵列103之间。基板基材101起到三维安全元件的主干的作用，并具有透明性质。基板基材101由聚乙烯对苯二甲酸酯(Polyethylenetere phthalate)、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚氯乙烯(Polyvinylchloride)、聚丙烯(Polypropylene)等透明的塑料材质形成。
图2为显示微透镜阵列的一个实施例的放大剖视图。
微透镜阵列102位于基板基材的一面上，多个微小尺寸的微透镜201形成二维平面排列，排列的形状由正方形排列、长方形排列、六边形排列、平行四边形排列等二维布拉维点阵(Bravais Lattice)中的某一个形状构成。为了最大化地运用本发明的单面形立体防伪薄膜的优点，优选地，微透镜201的直径为100μm以下，更优选地，为20μm以下。优选地，微透镜201之间的节距也为100μm以下，更优选地，为20μm以下。在微透镜201的一例中，使用折射型透镜，通过透镜的成像功能，在微透镜阵列102的上侧方向形成了摩尔纹放大图像。但本发明的一个实施例的微透镜201并非限定为折射型，包括衍射透镜或白聚焦(梯度指数：GRIN)透镜等能够执行成像功能的光学系统。
图3为显示图像阵列的一个实施例的放大剖视图。
图像阵列103位于基板基材101的另一面。多个形成于图像阵列103的微小图像301为二维平面排列，排列的形状由正方形排列、长方形排列、六边形排列、平行四边形排列等二维布拉维点阵中的某一个形状形成。图像阵列103的图像301可以是图画、文字、标识等所需的各种图像。为了最大化运用本发明的单面形立体防伪薄膜的优点，优选地，微小图像301的直径为100μm以下，更优选地，为20μm以下。优选地，微小图像301之间的节距也为100μm以下，更优选地，20μm以下。
然后在图像阵列103的图像添加着色层104，以刻画图像阵列103。为了更鲜明地显示图像阵列103的微小图像301，优选地，在图像部分添加另外的颜色。着色层104起到在图像301添加颜色而显现图像阵列103的作用。
底漆层105位于图像阵列103上。因三维安全元件和注塑产品具有相互不同的材质，三维安全元件适用于注塑产品时，不容易黏合。底漆层105为用于在三维安全元件和注塑产品之间容易地进行两者之间的黏合的部分。在形成底漆层的树脂添加颜色时，能够获得着色层104等图像显现效果。并且在形成底漆层的树脂上添加各种荧光油墨、紫外线油墨、磁墨水、发光油墨、变色油墨等特殊物质时，增加根据油墨的性质而产生防伪效果。
保护膜106位于微透镜阵列上，由耐热性材料形成，起到保护三维安全元件免受外部的热和压力的作用。在本发明中，将三维安全元件适用于注塑产品时，使用模内装饰注塑成型。在模内装饰注塑成型过程中，三维安全元件承受热和压力。微透镜201会因该热和压力而受损。微透镜201受损时，无法直接呈现立体图像效果。保护膜106附着于微透镜阵列102而保护微透镜201。
图4为显示具有一个实施例的三维安全元件的注塑产品的制造方法的流程图。
参照图4，具有三维安全元件的注塑产品的制造工艺，首先准备起到为三维安全元件的主体作用的基板基材。在基板基材的一面上形成微透镜阵列，在基板基材的另一面上形成图像阵列401。之后在图像阵列上涂覆底漆，形成底漆层402，在微透镜阵列上附着保护膜403。利用通过上述工艺制造的体安全元件，通过模内装饰注塑工艺，制造预定形状的注塑产品404。
图5为具有与微透镜阵列相反的形状的一个实施例的第一金属底板501的截面图。
首先制造用于成型微透镜阵列的金属底板。金属底板的制造工艺，首先准备玻璃基板，并在玻璃基板一面上涂覆感光物质即光刻胶(photoresist)。在形成有光刻胶膜的玻璃基板上，利用激光或电子束，曝光具有与微透镜阵列的形状相反的形状的微小图案。将显像液注入至曝光有微小图案的光刻胶膜上，通过溶解曝光的部分的显像工艺形成光刻胶图案。利用按如此方式制造的光刻胶图案，通过电铸成型工艺制造微透镜阵列的金属底板。参照图5，显示根据本发明所述的微透镜阵列的一个实施例制造的金属底板。在本发明中，将该金属底板命名为第一金属底板501。
图6为具有与图像阵列相反的形状的一个实施例的第二金属底板601的截面图。
通过与制造如上所述的第一金属底板的方法相同的工艺，制造具有与图像阵列相反形状的金属底板。在本发明中，将根据图像阵列的一个实施例制造的金属底板命名为第二金属底板601。
图7为一个实施例的涂敷有紫外光固化树脂701的基板基材101的截面图。
图8为一个实施例的形成有微透镜阵列102和图像阵列103的三维安全元件的截面图。
参照图7和图8，首先准备基板基材，在基板基材上涂覆液态的紫外光固化树脂。使用通过上述金属底板的制造工艺而制造的微透镜阵列的金属底板(第一金属底板)，对紫外光固化树脂701施压并通过紫外线固化。形成于第一金属底板501的微小图像被转写于紫外光固化树脂701，形成微透镜阵列102。
使用第二金属底板，与上述工艺相同地，在基板基材101的另一面上形成图像阵列。形成顺序为依次一面形成微透镜阵列201和另一面形成图像阵列103，也可以在两面上对两阵列同时进行作业。并且，为了更鲜明的实现立体图像，优选地，基板基材101和微透镜阵列102、图像阵列103全部是透明的。
形成于微透镜阵列102和图像阵列103的微小图案具有二维平面排列，排列的形状由正方形排列、长方形排列、六边形排列、平行四边形排列等二维排列中的某一种形状形成。
为附着对象的注塑产品可以形成为平面，也可以形成为曲面。考虑微透镜阵列及图像阵列设计时附着的对象即注塑产品的曲率半径，通过假设的逆向工程，制造符合注塑产品形状的三维安全元件。由此，在曲面的注塑产品中，也能够不弯曲图像地观察立体的图像。
图9为一个实施例的形成有着色层的三维安全元件的截面图。
该三维安全元件为通过微透镜将图像阵列103的图像成像而进行观察的结构。此时，为了更鲜明地显示图像，优选地，在图像部分添加另外的颜色。参照图9，在具有图像阵列103的图像的阴刻部分填充油墨，或添加通过真空沉积而形成的另外的涂敷层，以添加着色层104。添加的着色层104起到刻画图像的作用。
图10为一个实施例的形成有底漆层105的三维安全元件的截面图。
参照图10，在三维安全元件的图像阵列103上涂覆底漆，形成底漆层105。底漆层在三维安全元件适用于注塑产品的工艺中，能够使注塑产品和三维安全元件之间的黏合顺畅进行，而且，保护所述三维安全元件免受轻微的腐蚀或物理性冲击。并且，在本发明的一个实施例中，在底漆添加各种颜色，与所述图像显现步骤的效果相似地得到了刻画图像的效果。
注塑产品为注入热塑性树脂并施加热和压力而制造形状。将本发明的一个实施例的三维安全元件注入注塑模具而附着于注塑产品时，因注塑工艺的热和压力而导致三维安全元件发生破损。尤其，微透镜发生变形及破损时，使图像成像发生误差，而无法观察鲜明的图像。因此，在本发明中，为了防止发生此问题，包含了在微透镜阵列102上附着保护膜106的工艺(参照图1)。保护膜106附着于微透镜阵列102上，起到保护透镜免受外部的热和压力的作用。此时，保护膜106由耐热性材料形成，使得受热的影响最小化。在三维安全元件附着于注塑产品而完成最后产物时，从三维安全元件去除保护膜106。
为了将本发明的三维安全元件附着于注塑产品，使用模内装饰注塑方法。使用模内装饰注塑时，与其它方法相比，具有以下几个优点，包括：设计灵活性、通过单一作业而实现各种颜色、立体效果及质感、持久保存图片的制造生产力及节省系统费用等。
模内装饰注塑由传输基材、基材固定、材料注塑及产品提取顺序构成。所述三维安全元件被卡于模具内部，关闭模具时，注入注塑树脂，通过热和压力而制成注塑产品。此时三维安全元件和注塑产品形成为一体。
在基板基材的另一面进行处理的底漆层105使注塑产品和三维安全元件之间的黏合力优秀，位于微透镜阵列102上的保护膜106起到将因注塑温度及压力而引起的微透镜的变形最小化的作用。
按如此方式制造的三维安全元件，根据微透镜而成像的图像，通过放大形状进行观察，根据设计的条件，显示看起来从平面凹进去(潜影效果)或悬浮的形状(悬浮效果)。并且根据视角移动，微透镜的焦点移动，如同图像移动一样进行显示。
根据显微图像阵列及微透镜阵列的排列节距或排列周期所体现的立体效果的种类，而设计为另一值。并且根据实现显微图像阵列和微透镜阵列之间整合角度的立体效果的种类，而具有另外的值。整合角度为微透镜阵列和图像阵列之间的角度，整合角度为0时，两阵列为相互平行的状态，不为0时，两阵列形成具有非平行的任意角度。
立体效果包括如下：如摩尔纹放大图像陷入所述三维安全元件的表面一样显示的潜影效果；如摩尔纹放大图像突出至所述三维安全元件外部一样显示的悬浮效果；根据观察方向而交替显示该潜影效果和悬浮效果的旋转效果；以及摩尔纹放大图像不通过立体方式显示，但相对于倾斜方向以反方向移动的逆视觉效果。
各个视觉效果的微透镜阵列及图像阵列的设计条件如下。
公式1
逆视觉效果：PMLA＝PGIA，且Φ≠0°
潜影效果：PMLA＞PGIA，且Φ＝0°
悬浮效果：PMLA＜PGIA，且Φ＝0°
其中，PMLA表示微透镜阵列的周期，
PGIA表示图像阵列的周期，
Φ表示微透镜阵列和图像阵列的整合角度。
整合角度Φ为0时，微透镜阵列和图像阵列表示平行状态。
整合角度Φ不为0时，微透镜阵列和图像阵列为具有非平行的任意角度。
参照公式1，微透镜阵列和图像阵列具有相同的周期，当这两阵列不相互平行时，三维安全元件具有逆视觉效果。当这两阵列相互平行时，根据所述两阵列之间的周期比例确定立体效果。当微透镜阵列的周期大于图像阵列的周期时，显示潜影效果；当微透镜阵列的周期小于图像阵列的周期时，显示悬浮效果。
为了得到优选的立体效果，微透镜阵列的周期和图像阵列的周期的差异实际上非常小，微透镜阵列的周期的图像阵列的周期之间的比例大致在0.9至1.1的范围内变化。在潜影效果的情况下，微透镜阵列的周期的图像阵列的周期之间的比例为0.995左右；在悬浮效果的情况下，具有1.005的周期比例，显示最佳的效果。
上述内容的立体防伪薄膜的一个实施例为了适用于平面形状的被附着物而研发，将该立体防伪薄膜适用于曲面形状的被附着物时，摩尔纹放大的立体图像未被很好地显示。为了将本发明的立体防伪薄膜适用于曲面形的被附着物，通过考虑曲面的曲率的设计而实现。
一个实施例的立体防伪薄膜附着于曲面形被附着物时，随着曲面形被附着物的曲率而卷曲，微透镜阵列及显微图像阵列的周期(或节距)略微上升。并且存在用于符合微透镜阵列的焦距的显微图像阵列和微透镜阵列之间的距离，由此，在曲面上，微透镜阵列的节距总是长于显微图像阵列的节距。微透镜阵列的节距和显微图像阵列的节距之间的差根据公式2计算。
公式2
其中，p为两阵列节距的差，r为所适用的曲面形被附着物的曲率半径，t为显微图像阵列和微透镜阵列之间的距离，相当于基层薄膜的厚度。根据该几何条件，对微透镜阵列和显微图像阵列的节距进行逆向设计，在曲面状态下，能够制造显示有立体图像的立体防伪薄膜。通过该条件设计的曲面形立体防伪薄膜在平面状态下，不能观察摩尔纹放大立体图像，但在适用于曲面状态下，显示摩尔纹放大立体图像。
具有三维安全元件的注塑产品实现了看起来从表面凹进去的图像的摩尔纹放大立体图像。并且根据视野角度，同立体图像移动一样，实现了动态效果图。并且，在图像显现方法及底漆工艺中，通过各种颜色和特殊物质，实现了各种颜色的产品。
具有该三维安全元件的注塑产品能够适用于手机等便携设备、家电产品、精密部件等各种领域。本发明的技术通过在注塑产品的外形添加特殊的立体效果，能够容易地被确认是否为正品。通过该特征，能够在品牌保护中起到卓越效果。并且，即使当适用于注塑形卡片时，也能用肉眼容易地辨别真伪，能够用于防伪卡片。

Claims (9)

1.一种具有三维安全元件的注塑产品的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：成型三维安全元件，在基板基材的两面上形成配置有微透镜阵列和图像阵列的三维安全元件；
涂覆底漆，在所述图像阵列上形成底漆层；
附着保护膜，在所述微透镜阵列上附着可去除的保护膜；
注塑成型，利用所述三维安全元件，通过模内装饰注塑工艺，制造预定形状的注塑产品；以及
将所述保护膜从所述制造的注塑产品中去除；
其中所述微透镜阵列与图像阵列为二维平面排列，并且在周期与整合角度中的某一个相互不同。
2.根据权利要求1所述的具有三维安全元件的注塑产品的制造方法，其特征在于：在所述涂敷底漆步骤之前，还包括用于在所述图像阵列上填充或蒸发油墨的图像阵列的显现步骤。
3.根据权利要求1所述的具有三维安全元件的注塑产品的制造方法，其特征在于：所述保护膜是由耐热性材料形成。
4.根据权利要求1所述的具有三维安全元件的注塑产品的制造方法，其特征在于：利用模内装饰注塑而将所述三维安全元件附着于所述注塑产品。
5.一种通过权利要求1所述的制造方法制造的附着有三维安全元件的注塑产品。
6.根据权利要求5所述的附着有三维安全元件的注塑产品，其特征在于：
通过权利要求1的制造方法制造的三维安全元件能够附着于曲面形被附着物，所述微透镜阵列的节距和所述图像阵列的节距分别以所述曲面形被附着物的曲率半径和所述微透镜阵列与所述图像阵列之间的距离为基础设计。
7.根据权利要求5所述的附着有三维安全元件的注塑产品，其特征在于：
所述微透镜阵列为折射型或衍射型。
8.根据权利要求5所述的附着有三维安全元件的注塑产品，其特征在于：
所述底漆层由包含从由紫外线油墨、磁墨水、发光油墨及变色油墨构成的组中选取一种或两种以上的树脂形成。
9.根据权利要求5所述的附着有三维安全元件的注塑产品，其特征在于：
所述三维安全元件和所述注塑产品形成为一体。
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