CN104647936B - 一种光学防伪元件及使用该光学防伪元件的光学防伪产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学防伪元件以及使用该光学防伪元件的光学防伪产品，其易识别且难伪造，该光学防伪元件及带有该光学防伪元件的光学防伪产品能够实现由表面浮雕结构和干涉型多层镀层共同形成的光学防伪特征与不含干涉型多层镀层的区域（镂空区域）的图案的精确对位。该光学防伪元件包括：基材；形成于所述基材的同一表面上的第一表面浮雕结构层和第二表面浮雕结构层，其中所述第一表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值小于所述第二表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值；以及形成于所述第一表面浮雕结构层上的第一干涉型多层镀层和/或形成于所述第二表面浮雕结构层上的第二干涉型多层镀层。

Description

一种光学防伪元件及使用该光学防伪元件的光学防伪产品

技术领域

本发明涉及光学防伪领域，尤其涉及一种光学防伪元件以及使用该光学防伪元件的光学防伪产品。

背景技术

为了防止利用扫描和复印等手段产生的伪造，钞票、证卡和产品包装等各类高安全或高附加值印刷品中广泛采用了光学防伪技术，并且取得了非常好的效果。

干涉型多层镀层技术作为一种光学防伪技术已被广泛用于钞票等高防伪有价证券的公众防伪，其能够呈现各种颜色特征或在不同的观察角度下能够呈现不同的颜色，便于描述，易于公众识别，且无法利用照相机、扫描仪、打印机等电子设备模仿或复制，所以具有很高的防伪能力。

但是，由于干涉型多层镀层产品应用已经有数十年的时间，单纯的干涉型多层镀层技术已经不能很好地满足防伪领域的需求。干涉型多层镀层已与镂空、全息、颜色配对等技术相结合并提供了新的防伪特征。例如，专利申请US5766738、US6114018以及US7729026中提出通过选择适当的干涉型多层镀层厚度与颜色来实现颜色匹配特征。

对干涉型多层镀层的图案化可以采用多种表面浮雕结构，如全息光栅等衍射结构、几微米及以上尺寸的非衍射结构或亚波长结构，在采用这些表面浮雕结构形成的图案化区域上制作干涉型多层镀层，从而形成多种防伪特征。例如，专利申请CN201080061926及US2010307705等文献中有描述。

对干涉型多层镀层的镂空目前较多采用结合印刷工艺的水洗或碱洗镂空工艺。例如，专利申请CN200810219559及CN201110449414分别描述了碱洗镂空和水洗镂空脱铝工艺。此类镂空技术适用于干涉型多层镀层本身不存在图案化的信息或其包含的图案化信息与镂空图案之间对位精度要求不高的情况，这是由于其所谓镂空区域是由印刷的水洗胶或碱洗保护胶的图案所决定，而印刷过程无法完成与干涉型多层镀层上带有的图案的准确对位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有易识别且难伪造特点的光学防伪元件以及使用该光学防伪元件的光学防伪产品，该光学防伪元件及光学防伪产品能够实现由表面浮雕结构和干涉型多层镀层共同形成的光学防伪特征与不含干涉型多层镀层的区域（镂空区域）的图案的精确对位。

本发明提供一种光学防伪元件，该光学防伪元件包括：

基材；

形成于所述基材的同一表面上的第一表面浮雕结构层和第二表面浮雕结构层，其中所述第一表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值小于所述第二表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值；以及

形成于所述第一表面浮雕结构层上的第一干涉型多层镀层和/或形成于所述第二表面浮雕结构层上的第二干涉型多层镀层。

本发明还提供一种使用上述光学防伪元件的光学防伪产品。

由于根据本发明的光学防伪元件和光学防伪产品中第一干涉型多层镀层将准确地覆盖第一表面浮雕结构层而不覆盖第二表面浮雕结构层，第二干涉型多层镀层将准确地覆盖第二表面浮雕结构层而不覆盖第一表面浮雕结构层，从而完成了镂空区域与由第一（或第二）表面浮雕结构层与第一（或第二）干涉型多层镀层所形成的光学防伪图案的严格对位关系，增强了光学防伪元件及产品的防伪能力。同时，第一（或第二）表面浮雕结构层能够与第一（或第二）干涉型多层镀层相互配合以获得期望的光学效果，其与镂空共同形成了增强的光学防伪能力。

当所述第一（或第二）表面浮雕结构层采用非衍射表面浮雕结构时，其与第一（或第二）干涉型多层镀层共同作用形成对第一（或第二）干涉型多层镀层的结构起伏形状调制，结合第一（或第二）干涉型多层镀层提供的对入射光线的选择吸收和反射作用，从而形成光学防伪特征。

当所述第一（或第二）表面浮雕结构层采用衍射表面浮雕结构时，除其对第一（或第二）干涉型多层镀层的结构起伏形状调制外，衍射表面浮雕结构本身对入射光线形成衍射分光作用，结合第一（或第二）干涉型多层镀层提供的对入射光线的选择吸收和反射作用，从而形成光学防伪特征。

附图说明

图1为根据本发明一个实施方式的光学防伪元件的剖面图；

图2为根据本发明另一个实施方式的光学防伪元件的剖面图；

图2a为根据本发明又一个实施方式的光学防伪元件的剖面图；

图3为根据本发明又一个实施方式的光学防伪元件的剖面图；

图4(a)、4(b)、4(c)分别示出了从第一表面浮雕结构层上方俯视观察第一表面浮雕结构层为柱面镜时的排列图示、立体结构示意图及截取的部分截面图；

图5(a)、5(b)、5(c)分别为为了获得图案平移滚动效果而采用球面镜构成第一表面浮雕结构层时的俯视观察图、立体结构示意图及截取的部分截面图；

图6(a)、6(b)、6(c)分别为为了获得图案平移滚动效果而采用锯齿型棱镜构成第一表面浮雕结构层时的俯视观察图、立体结构示意图及截取的部分截面图；

图7给出了利用柱面镜构成第一表面浮雕结构层而形成2D/3D效果的方法；

图8(a)、8(b)、8(c)分别为为了获得带有颜色及明暗变化的有立体浮雕感的图像效果而采用柱面镜构成第一表面浮雕结构层时的俯视观察图、立体结构示意图及截取的部分截面图；

图9为为了获得漫反射特征而采用柱面镜构成第一表面浮雕结构层时的俯视观察图；

图10(a)、10(b)为根据本发明的光学防伪元件以开窗安全线产品形式在钞票上应用的实施例；

图10(c)、10(d)为在开窗安全线中使用的根据本发明的光学防伪元件的两种形式；

图11(a)为根据本发明的光学防伪元件以宽条及防伪标的产品形式在钞票上应用的实施例；

图11(b)、11(c)为在宽条及防伪标中使用的根据本发明的光学防伪元件的两种形式；以及

图11(d)为根据本发明的光学防伪元件以剥离结构在宽条及防伪标产品中使用的实施例。

具体实施方式

下面结合附图来详细说明根据本发明的光学防伪元件及光学防伪产品。应当理解，所述附图和详细描述只是对本发明优选实施方式的描述，并非以任何方式来限制本发明的范围。

如图1所示，根据本发明的光学防伪元件1包括：基材2（其中，为了便于后面的描述，在图1中示出了所述基材2包括上表面21和下表面22）；形成于基材2的同一表面上的第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’（从下面的描述可以看出，第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’可以位于基材2的上表面21上也可以位于基材2的下表面22上），其中所述第一表面浮雕结构层211’的表面积与表观面积的比值小于所述第二表面浮雕结构层212’的表面积与表观面积的比值；以及形成于第一表面浮雕结构层211’上的第一干涉型多层镀层3和/或形成于第二表面浮雕结构层212’上的第二干涉型多层镀层（未示出）。

具体而言，第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’由形成于基材2的表面上的、在二维平面上的高度随位置分布而起伏变化的表面起伏结构所组成，相对于平坦表面而言，表面起伏结构在单位表观面积上的表面积更大，且该表面积与表面起伏结构的起伏程度呈正相关。在本文中，术语“表观面积”指的是某一区域中在与该区域平行的平面内的正投影的面积，即无视该区域中的起伏结构的面积；术语“表面积”指的是考虑到某一区域中的起伏结构的面积。显然，某一区域的表面积与其表观面积之比为大于等于1的数值。另外，虽然在图1中将第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’均示为表面起伏结构，但是在实际应用中，第一表面浮雕结构层211’可以为平坦结构。

优选地，第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’均可以包括但不限于以下特征的任意表面浮雕结构：一个或多个连续曲面型结构、一个或多个矩形结构、一个或多个锯齿型棱镜或它们的拼接或组合。其中，所述连续曲面型结构可以为微透镜结构、正弦型结构、椭圆型结构、双曲面型结构、抛物面型结构等中的一种或多种结构的拼接或组合。所述微透镜结构可以是折射型微透镜、衍射型微透镜或它们的拼接或组合，其中折射型微透镜可以包括球面微透镜、椭球面微透镜、柱面微透镜或其它任意几何形状的基于几何光学的微透镜，衍射型微透镜包括谐衍射微透镜、平面衍射微透镜、菲涅耳波带片等。另外，以上结构的具体排列方式可以是周期性的、局部周期性的、非周期性、随机性的或它们的组合等。

进一步地，可以从第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’在二维平面上的结构分布的特征尺寸的角度对以上所述的第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’做进一步说明。也即，在平行于基材2的上表面21的一个方向上，第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’的特征尺寸可以位于使得第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’均能够呈现非衍射特征的第一范围内或者位于使得所述第一表面浮雕结构层211’第二表面浮雕结构层212’均能够呈现衍射特征的第二范围内或者所述第一表面浮雕结构层211’和所述第二表面浮雕结构层212’中的其中之一的特征尺寸位于所述第一范围内而另一个的特征尺寸位于所述第二范围内，而且更优选地，当在所述二维平面上的一个方向上的特征尺寸满足要求时，与所述一个方向垂直的另一个方向上的特征尺寸不受限制。优选地，第一范围可以为2μm-200μm，优选为5μm-100μm，从而形成非衍射的相应表面浮雕结构层，在此情况下，相应的表面浮雕结构层在垂直于基材2的上表面21的方向上的起伏高度小于25μm，优选小于15μm。所述第二范围可以为所述特征尺寸小于2μm，优选地所述第二范围可以为0.2μm-1μm，从而使得相应的表面浮雕结构层存在明显的衍射现象，呈现彩虹色，在此情况下，相应表面浮雕结构层在垂直于基材2的上表面21的方向上的起伏高度小于2μm，优选为50nm-500nm，这使得根据本发明的光学防伪元件中的表面浮雕结构层包括了衍射微结构和亚波长微结构。

优选地，第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’均可以通过光学曝光、电子束曝光等微纳加工方式获得，还可以结合热熔回流等工艺来实现，通过紫外浇铸、模压、纳米压印等加工方式进行批量复制。

另外，所述第一干涉型多层镀层3和第二干涉型多层镀层3’（请见图2a）可以形成法布里-泊罗谐振腔，其对入射的白光具有选择作用，使得出射光线只包含某些波段，从而形成特定的颜色；当入射角度变化时，与之相对的光程发生变化，干涉波段也发生变化，从而导致呈现给观测者的颜色也随之变化，从而形成光变效果。

优选地，第一干涉型多层镀层3和第二干涉型多层镀层3’（请见图2a）均可以包括下述各项中的任意一种或其组合：由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层（下文中简单描述为“吸收层/低折射率介质层/反射层”结构），其中该反射层或吸收层与相应的表面浮雕结构层相接触；由高折射率介质层、低折射率介质层和高折射率介质层依次堆叠形成的干涉型多层镀层；以及由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层（下文中简单描述为“吸收层/高折射率介质层/反射层”结构），其中，该反射层或吸收层与相应的表面浮雕结构层相接触。在根据本发明的实施方式中，高折射率介质层指的是折射率大于等于1.7的介质层，其材料可以是ZnS、TiN、TiO₂、TiO、Ti₂O₃、Ti₃O₅、Ta₂O₅、Nb₂O₅、CeO₂、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Fe₂O₃、HfO₂、ZnO等，低折射率介质层指的是折射率小于1.7的介质层，其材料可以是MgF₂、SiO₂等。反射层的材料可以是Al、Cu、Ni、Cr、Ag、Fe、Sn、Au、Pt等金属或其混合物和合金；吸收层材料可以是Al、Cr、Ni、Cu、Co、Ti、V、W、Sn、Si、Ge等金属或其混合物和合金。

可以通过物理和/或化学沉积的方法在相应的表面浮雕结构层上形成相应的干涉型多层镀层，例如包括但不限于热蒸发、磁控溅射、MOCVD、分子束外延等。优选地，第一干涉型多层镀层3可以以同形覆盖地形式形成在第一表面浮雕结构层211’上，第二干涉型多层镀层3’（请见图2a）可以以同形覆盖地形式形成在第二表面浮雕结构层212’上。

以下结合具体的示例来描述根据本发明的光学防伪元件及其产品及其示例性制备方法。但本领域人员应当理解，所述方法或流程仅仅是制备根据本发明的光学防伪元件及其产品的示例性实现途径，并非以任何方式来限制本发明的范围。

图2示出了根据本发明的光学防伪元件1的一个实施例。基材2为23μm厚的透明PET薄膜，第一区域211中的第一表面浮雕结构层211’为柱面镜，其宽度为30μm，柱面镜之间的空隙宽2μm，柱面镜高度为10μm。第二区域212中形成有正弦型光栅结构的第二表面浮雕结构层212’，其排列周期为350nm，深300nm。首先在第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’的表面上依次沉积40nm厚（平坦区域的沉积厚度，以下所述厚度如无特别说明均指平坦区域的厚度）的Al层及450nm厚的SiO₂层，然后将光学防伪元件1置于45℃、10%浓度的NaOH溶液中浸泡，直至第二表面浮雕结构层212’上的Al层恰好完全消失为止，此时第一表面浮雕结构层211’上仍覆盖有Al层及SiO₂层。最后在光学防伪元件1的表面上沉积5nm厚的Cr层，即完成光学防伪元件1的制备。此时，规定观察方向为从基材2的上表面21一侧观察光学防伪元件1，在第一表面浮雕结构层211’上依次堆叠的Al/SiO₂/Cr提供了干涉型多层镀层结构，而第二表面浮雕结构层212’上覆盖的Cr层呈半透明状，从而实现了本发明所述的光学防伪元件1中第一表面浮雕结构层211’上形成有Al/SiO₂/Cr结构的第一干涉型多层镀层3，而第二表面浮雕结构层212’上未形成干涉型多层镀层。这种干涉型多层镀层3被图案化的过程也可以称之为对干涉型多层镀层3的精确镂空，所述镂空的区域由第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’的边界来决定。优选地，可以将上面描述的最终沉积的5nm厚的Cr层替换为沉积相同厚度的Al层，然后在上述40nm厚的Al层表面上沉积50nm厚的SiO₂层，然后将光学防伪元件1置于5%的NaOH溶液中浸泡，直至第二表面浮雕结构层212’上的Al层恰好完全消失为止。此时，第一表面浮雕结构层211’上依次堆叠的Al/SiO₂/Al（其中最后沉积的Al层厚度为5nm）提供了干涉型多层镀层结构（该干涉型多层镀层结构的表面上覆盖有残留的未完全与NaOH反应的SiO₂，可以通过进一步在NaOH溶液中浸泡除去，但事实上其对干涉型多层镀层结构的光学特征无明显影响）。同时，第二表面浮雕结构层212’上无任何镀层，呈透明状。

需要说明的是，图2中第二表面浮雕结构层212’与第一表面浮雕结构层211’的制备方法完全相同，且在实际操作中可以通过一次制版同时完成第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’。

另外，需要进一步说明图2中制备光学防伪元件1的方法的基本原理。图2中形成的干涉型多层镀层3仅覆盖第一表面浮雕结构211’而不覆盖第二表面浮雕结构层212’的原因在于第一表面浮雕结构层211’的表面积与表观面积之比小于第二表面浮雕结构层212’的表面积与表观面积之比，所以在形成根据本发明的光学防伪元件时在同样的沉积干涉型多层镀层3的过程中，第一表面浮雕结构层211’上所形成的干涉型多层镀层3的厚度要大于在第二表面浮雕结构层212’中所形成的干涉型多层镀层3的厚度，这使得当该光学防伪元件处于能够将干涉型多层镀层除去的环境中（例如NaOH溶液）时，将使第二表面浮雕结构层212’上覆盖的干涉型多层镀层先于第二表面浮雕结构层211’上的干涉型多层镀层消失殆尽。因此，第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’的表面积与表观面积的比值的差异决定了将形成根据本发明的光学防伪元件时精确地定位镂空区域。所述表面积与表观面积之比与所选择的表面浮雕结构在其所在的区域的二维平面上的起伏程度呈正相关，可通过不同的具体结构的选择，特别是对于具体结构的结构参数（例如结构的周期（结构开口宽度）、结构的深度等）的定义，来确保第一表面浮雕结构层211’具有比第二表面浮雕结构层212’更大的表面积与表观面积比值。

优选地，在制备根据本发明的光学防伪元件1时，在向第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’上沉积干涉型多层镀层3时，优选在同样的沉积过程中，使得第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’上的干涉型多层镀层3厚度之间的比值优选为大于4:3，更优选地，该比值为大于2:1，再优选地，该比值为大于3:1。应当强调的是，在实际生产过程中，上述比值越大，对于第二表面浮雕结构层212’相对于第一表面浮雕结构层211’的复制难度也越大。

图3示出了根据本发明的光学防伪元件的又一个实施例。基材2为23μm厚的透明PET薄膜，第一表面浮雕结构层211’为锯齿形微结构，其宽度为10μm，高度为4μm。第二表面浮雕结构层212’为正弦型光栅，其排列周期为350nm，深300nm。在第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’的表面上依次沉积5nm厚的Al层及250nm厚的SiO₂层，然后将光学防伪元件1置于10%浓度的NaOH溶液中浸泡，直至第二表面浮雕结构层212’上的Al层恰好完全消失为止，此时第一表面浮雕结构层211’上仍覆盖有Al层及SiO₂层。然后在SiO₂层上沉积40nm厚的Al层，并然后在新沉积的Al层的表面上沉积50nm厚的SiO₂层，然后将光学防伪元件1置于5%的NaOH溶液中浸泡，直至第二表面浮雕结构层212’上的Al层恰好完全消失为止。此时，规定观察方向为从基材2的下表面22一侧观察光学防伪元件1，在第一表面浮雕结构层211’上依次堆叠的Al（即最初沉积的5nm厚Al层）/SiO₂/Al（即最后程序中沉积的Al层）提供了干涉型多层镀层结构，该干涉型多层镀层结构的表面上覆盖的SiO₂对干涉型多层镀层结构的光学特征无明显影响，当然也可以进一步除去。同时，第二表面浮雕结构层212’上无任何镀层，呈透明状。

可见，在第二表面浮雕结构层212’上未覆盖干涉型多层镀层3从而形成了镂空特征，另外，第一表面浮雕结构层211’与干涉型多层镀层3相互配合，能够提供更多的光学防伪特征。

优选地，可以在图2及图3所示的光学防伪元件的第二表面浮雕结构层212’上形成至少半透明的材料层（未示出），该材料层用于抵消第二表面浮雕结构层212’的起伏结构而形成图1所示的平坦的第二区域212。优选地，该材料层和所述第二表面浮雕结构层212’的折射率之差不大于0.3，优选小于0.1。该材料层可以通过涂布或印刷的方式形成在第二区域212上，或在第二区域212及第一区域211上同时实现。

优选地，根据本发明的光学防伪元件1包括在上述镂空后的至少半透明的第二区域212的基础上继续形成第二干涉型多层镀层（未示出）。该第二干涉型多层镀层可以在上述优选方案中所述半透明材料形成之后形成于该半透明材料上，如此则在第二区域212上形成仅由第二干涉型多层镀层提供的光学特征。也可优选地，将第二干涉型多层镀层直接形成于第二表面浮雕结构层212’的表面，如此则形成第二表面浮雕结构层212’与第二干涉型多层镀层共同形成的光学特征。在沉积第二干涉型多层镀层的过程中，第一表面浮雕结构211’上也将被覆盖所述第二干涉型多层镀层，但这并不影响透过基材2分别观察到第一区域211和第二区域212的光学特征。由于第二表面浮雕结构层212’与第一表面浮雕结构层211’除需满足表面积与表观面积比值的差异这一条件外，它们有完全相同的表面浮雕结构的形式以及参数的选择范围，所以第二表面浮雕结构层212’与第二干涉型多层镀层共同形成的光学特征与第一表面浮雕结构层211’与干涉型多层镀层3共同形成的光学特征的范围是相同的，因此以下对于第一表面浮雕结构层211’与干涉型多层镀层3共同形成的光学防伪特征的描述同样适用于描述第二表面浮雕结构层212’与第二干涉型多层镀层所形成的光学防伪特征。且在实际应用中，比较有利的选择是将第二表面浮雕结构层212’与第一表面浮雕结构层211’采用不同的形式或参数和/或将干涉型多层镀层3与第二干涉型多层镀层采用不同的镀层结构，从而形成透过基材2观察的第一区域21和第二区域22具有不同的光学特征，并且二者之间具有严格的无误差的对位关系。

优选地，在根据本发明的光学防伪元件1的又一优选实施方式中，第二干涉型多层镀层3’可只覆盖第二表面浮雕结构层212’而不覆盖第一表面浮雕结构层211’，且第一表面浮雕结构层211’上也不覆盖任何干涉型多层镀层（如图2a所示）。在制作图2a所示的光学防伪元件1时，可以基于图2所示的光学防伪元件1的制作过程，即首先在第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’的表面上依次沉积40nm厚（平坦区域的沉积厚度，以下所述厚度如无特别说明均指平坦区域的厚度）的Al层及450nm厚的SiO₂层，然后将光学防伪元件1置于45℃、10%浓度的NaOH溶液中浸泡，直至第二表面浮雕结构层212’上的Al层恰好完全消失，此时继续将其浸泡在NaOH溶液中，从而除去SiO₂层。然后，采用本领域公知的真空热蒸发镀膜设备在第一表面浮雕结构层211’及第二表面浮雕结构层212’上同时形成不致密的（即多孔或多裂纹的，实际应用中该多孔或多裂纹的微观特征并不影响光学效果）第二干涉型多层镀层3’，第二干涉型多层镀层3’可例如采用依次形成的Ni/MgF₂/Cr（40nm/470nm/5nm）膜系结构，其各层材料均不与NaOH反应。因此，当将光学防伪元件1置于45℃、10%浓度的NaOH溶液中浸泡时，碱液将通过不与之反应的Ni/MgF₂/Cr干涉型多层镀层的多孔结构直接与第一表面浮雕结构层211’上覆盖的Al层发生反应，使得该Al层以剥离层的作用将其表面覆盖的Ni/MgF₂/Cr干涉型多层镀层一起除去，从而形成图2a所示光学防伪元件的形态。而且，优选地，可对图2a所示光学防伪元件进一步形成至少半透明的材料层（未示出），该材料层用于抵消第一表面浮雕结构层211’的起伏结构。优选地，该材料层和所述第一表面浮雕结构层211’的折射率之差不大于0.3，优选小于0.1。该材料层可以通过涂布或印刷的方式形成在第一表面浮雕结构层211’上，或在第一表面浮雕结构层211’及第二表面浮雕结构层212’上同时实现（此材料层不会完全抵消第二表面浮雕结构层212’的起伏结构）。

所述第一表面浮雕结构层211’与第一干涉型多层镀层3以及第二表面浮雕结构层212’与第二干涉型多层镀层3’共同形成的光学防伪特征有以下两种情况：

其一，当所述第一表面浮雕结构层211’（第二表面浮雕结构层212’）采用上文所述的非衍射的表面浮雕结构时，其仅对其表面的干涉型多层镀层提供结构起伏形状调制，并与干涉型多层镀层提供的对入射光线的选择性吸收和反射作用相结合形成光学防伪特征。

第二，当所述第一表面浮雕结构层211’（第二表面浮雕结构层212’）采用上文所述的衍射表面浮雕结构时，其除对表面的干涉型多层镀层提供结构起伏形状调制外，还提供对入射光线的衍射分光作用，从而使得衍射作用与干涉型多层镀层提供的对入射光线的选择性的吸收和反射作用相结合形成光学防伪特征。

在实际应用中衍射表面浮雕结构的衍射作用与干涉型多层镀层的选择性吸收和反射作用会彼此干扰，因此相对地选用非衍射的表面浮雕结构与干涉型多层镀层的结合具有其特别的优势。

下面将结合附图4-9对所述光学防伪元件1中第一表面浮雕结构层211’选择为非衍射的表面浮雕结构时，其与干涉型多层镀层3共同所形成的光学防伪特征进行说明，图中仅示意性地给出第一表面浮雕结构层211’所在区域的情况，并未全部画出所述第二表面浮雕结构层212’的情况。且作为具体实施例并未给出上文所述的可采用的所有可能的非衍射表面浮雕结构的情形，但并不意味对本发明所保护的范围进行限制。

图4(a)、4(b)、4(c)分别示出了从光学防伪元件1上方俯视观察作为第一表面浮雕结构层211’的柱面镜的排列、光学防伪元件1的立体结构示意及截取的部分截面图，其中不同区域定义了不同方向排列的柱面镜结构，所述柱面镜宽度为30μm、周期32μm、高度8μm。所述干涉型多层镀层3为Cr/SiO₂/Al所组成的颜色可变镀层，其中Al紧贴在柱面镜的表面，其上依序重叠SiO₂和Cr，干涉型多层镀层3中各层的厚度分别为5nm（Cr）/430nm（SiO₂）/60nm（Al），该干涉型多层镀层3的颜色特征为随观察角度的变化而从洋红色转变到绿色。所述基材2的厚度为19μm。通过采用这样的光学防伪元件1的结构所实现的效果为：俯视观察该光学防伪元件1时，随观察角度的改变，整个区域会产生带有颜色及明暗变化的图案平移滚动的效果。

图5(a)、5(b)、5(c)分别为为了获得图案平移滚动的效果而采用球面镜作为第一表面浮雕结构层211’的俯视观察图、光学防伪元件1的立体结构示意及截取的部分截面。所述球面镜的尺寸为5μm-100μm，起伏高度为10μm。

图6(a)、6(b)、6(c)分别为为了获得图案平移滚动的效果而采用锯齿形结构作为第一表面浮雕结构层211’的俯视观察图、光学防伪元件1的立体结构示意及截取的部分截面。所述锯齿形结构的尺寸为10μm，起伏高度为5μm。

图7示意性地给出了利用一定参数及排列形式的柱面镜作为第一表面浮雕结构层211’而形成2D/3D效果的示意图。形状为“KINE”的四个图像区域如图7(a)、7(b)、7(c)、7(d)所示，它们在横向的位置之差为d，分别充满了方位角不同的柱面镜结构（参数同图4），所述方位角的变化是渐变的。对图7(a)、7(b)、7(c)、7(d)中的区域进行如图7(e)、7(f)、7(g)、7(h)的方式进行分割后，按照图7(i)的方式进行合成，从而确定了光学防伪元件1的柱面镜结构排列的最终形式。按照这种方法形成的光学防伪元件1将在俯视观察改变视角过程中带有颜色及明暗变化的并具有景深感及一定动态效果的2D/3D特征。

可通过改变图7(a)、7(b)、7(c)、7(d)的图像形式来获得不同的效果，例如，将它们分别定义为“K”、“I”、“N”、“E”四个图像区域，那么将使观察者俯视观察改变视角过程中获得多个图像之间的切换效果。再例如，将它们分别定义为真实立体物体或模型的不同角度下的不同图像，则可以通过将其与柱面镜的方位角的关系进行匹配，从而使观察者在俯视观察改变视角过程中获得真实的立体感。

图8(a)、8(b)、8(c)分别为为了获得带有颜色及明暗变化的有立体浮雕感的图像效果而采用柱面镜作为第一表面浮雕结构层211’的光学防伪元件1的俯视观察图、立体结构示意及截取的部分截面。其中图8(a)、8(b)中黑色区域示意性地代表柱面镜，所选取的柱面镜（参数同图4）的形貌及排列方式示意性地由图8(c)给出。

图9为为了获得漫反射效果而采用柱面镜（参数同图4）作为第一表面浮雕结构层211’的俯视观察图。图中不同区域中的柱面镜排列方向相对随机化。根据图9所示的光学防伪元件1所实现的效果为：俯视观察该光学防伪元件时，随观察角度的改变，整个区域会产生带有颜色及明暗变化的带有颗粒感、闪烁感的漫反射特征。

应当理解，以上实施例中，为获得相应的视觉效果，所述第一表面浮雕结构层211’可以采用不限于上述实施方式具体指定的结构，还可以采用其它能够对表面覆盖的干涉型多层镀层3进行非衍射调制或对光线产生衍射作用的第一表面浮雕结构层211’以及它们的组合。

优选地，所述基材2可以是至少局部透明的，也可以是有色的介质层。在一种优选方案中，所述基材2可以是一层单一的透明介质薄膜，例如PET膜、PVC膜等，当然也可以是表面带有功能涂层（比如压印层）的透明介质薄膜，还可以是经过复合而成的多层膜。

在根据本发明的优选实施方式中，还可在所述基材2的所述上表面21上形成衍射光变特征、微纳结构特征、印刷特征、荧光特征以及用于机读的磁、光、电、放射性特征中的一种或多种特征；和/或在所述第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’的表面上形成衍射光变特征、微纳结构特征、印刷特征、荧光特征以及用于机读的磁、光、电、放射性特征中的一种或多种特征。

根据本发明的制备光学防伪元件的方法适合于制作开窗安全线、标签、标识、宽条、透明窗口、覆膜等。所述安全线的厚度不大于50μm。带有所述开窗安全线的防伪纸用于钞票、护照、有价证券等各类高安全产品的防伪。

以下结合图10-11示意性地说明使用根据本发明所述的光学防伪元件1的光学防伪产品。

图10给出了所述光学防伪元件1在钞票上以开窗安全线4的形式使用的实施例，其中图10(a)示出了光学防伪元件1在部分开窗安全线中使用的一种实施方式，图10(b)示出了光学防伪元件1在全开窗安全线中使用的一种实施方式，图中分别示出了开窗安全线4上覆盖有如上所述第一表面浮雕结构层211’和干涉型多层镀层3的第一区域211，及覆盖有第二表面浮雕结构层212’的第二区域212（即镂空区）。

图10(c)示出了所述开窗安全线4的一种实施方式的横截面示意图，所述光学防伪元件1的基材2的上表面21上的第一区域211和第二区域212上分别覆盖有第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’，所述第一表面浮雕结构层211’上覆盖有由多层镀层形成的干涉型多层镀层3。当所述干涉型多层镀层3为由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层或由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层时，所述反射层与第一表面浮雕结构层211’相接触，从而保证带有所述光学防伪元件1的开窗安全线4观察方向为从所述基材2的上表面21一侧进行观察。

图10(d)示出了所述开窗安全线4的另一种实施方式的横截面示意图，所述光学防伪元件1的基材2的下表面22上的第一区域211和第二区域212上分别覆盖有第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’，所述第一表面浮雕结构层211’上覆盖有由多层镀层形成的干涉型多层镀层3。当所述干涉型多层镀层3为由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层或由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层时，所述吸收层与第一表面浮雕结构层211’相接触，从而保证带有所述光学防伪元件1的开窗安全线4观察方向为从所述基材2的上表面21一侧进行观察。

优选地，对于图10(c)和图10(d)所示的开窗安全线4可在形成干涉型多层镀层3之后，在干涉型多层镀层3的表面通过本领域人员公知的复合工艺覆盖至少半透明的介质薄膜，例如PET膜、PVC膜等。

图11示出了所述光学防伪元件1在钞票上以宽条5及防伪标6的形式使用的实施例，图11(a)示出了覆盖有第一表面浮雕结构层211’和干涉型多层镀层3的第一区域211，及覆盖有第二表面浮雕结构层212’的第二区域212（即镂空区）。

图11(b)示出了所述宽条5及防伪标6的一种实施方式的横截面示意图，所述光学防伪元件1的基材2的上表面21上的第一区域211和第二区域212上分别覆盖有第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’，所述第一表面浮雕结构211’上覆盖有干涉型多层镀层3。当所述干涉型多层镀层3为由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层或由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层时，所述反射层与第一表面浮雕结构层211’相接触，从而保证带有所述光学防伪元件1的宽条5及防伪标6的观察方向为从所述基材2的上表面21一侧进行观察。

图11(c)示出了所述宽条5及防伪标6的另一种实施方式的横截面示意图，所述光学防伪元件1的基材2的下表面22上的第一区域211和第二区域212上分别覆盖有第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’，所述第一表面浮雕结构层211’上覆盖有干涉型多层镀层3。当所述干涉型多层镀层3为由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层或由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层时，所述吸收层与第一表面浮雕结构层211’相接触，从而保证带有所述光学防伪元件1的所述宽条5及防伪标6观察方向为从所述基材2的上表面21一侧进行观察。

图11(d)示出了所述宽条5及防伪标6的另一种实施方式的横截面示意图，所述光学防伪元件1的基材2为可剥离的结构，当向钞票表面施放带有光学防伪元件1的宽条5或防伪标6时，所述光学防伪元件1的基材2将同时剥离，从而使得宽条5及防伪标6具备本领域人员公知的多方面的优势，例如产品结构更薄。在这种结构中基材2的下表面22上的第一区域211和第二区域212上分别覆盖有第一表面浮雕结构层211’和第二表面浮雕结构层212’，所述第一表面浮雕结构层211’上覆盖有干涉型多层镀层3。当所述干涉型多层镀层3为由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层或由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层时，所述吸收层与第一表面浮雕结构层211’相接触，从而保证带有所述光学防伪元件1的所述宽条5及防伪标6观察方向为从所述基材2的上表面21一侧进行观察。

根据本发明的光学防伪元件可用作标签、标识、宽条、透明窗口、覆膜等，可以通过各种粘结机理粘附在各种物品上。例如转移到钞票、信用卡等高安全产品和高附加值产品上。

本发明另一方面提供了带有所述光学防伪元件的产品，所述产品包括但不限于钞票、信用卡、护照、有价证券等各类高安全产品及高附加值产品，以及各类包装纸、包装盒等。

以上仅示例性地描述了本发明的优选实施方案。但是本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明构思和精神的前提下，可以对本发明做出各种等同变换或修改，从而得到的技术方案也应属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种光学防伪元件，该光学防伪元件包括：

基材；

形成于所述基材的同一表面上的第一表面浮雕结构层和第二表面浮雕结构层，其中所述第一表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值小于所述第二表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值；以及

形成于所述第一表面浮雕结构层上的第一干涉型多层镀层和/或形成于所述第二表面浮雕结构层上的第二干涉型多层镀层；

所述第一表面浮雕结构层和/或第二表面浮雕结构层是非衍射表面浮雕结构或衍射表面浮雕结构。

2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其中，所述第一表面浮雕结构层和所述第二表面浮雕结构层为连续曲面型结构、矩形结构、锯齿型棱镜结构和/或它们的拼接或组合。

3.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其中，在平行于所述基材的所述表面的一个方向上，所述第一表面浮雕结构层和所述第二表面浮雕结构层的特征尺寸位于使得所述第一表面浮雕结构层和所述第二表面浮雕结构层各自能够呈现非衍射特征的第一范围内或者位于使得所述第一表面浮雕结构层和所述第二表面浮雕结构层各自能够呈现衍射特征的第二范围内或者所述第一表面浮雕结构层和所述第二表面浮雕结构层中的其中之一的特征尺寸位于所述第一范围内而另一个的特征尺寸位于所述第二范围内，而且当所述一个方向上的特征尺寸满足要求时，与所述一个方向垂直的另一个方向上的特征尺寸不受限制。

4.根据权利要求3所述的光学防伪元件，其中，所述第一范围为2μm-200μm。

5.根据权利要求3所述的光学防伪元件，其中，所述第一范围为5μm-100μm。

6.根据权利要求3所述的光学防伪元件，其中，所述第二范围为所述特征尺寸小于2μm。

7.根据权利要求3所述的光学防伪元件，其中，所述第二范围为0.2μm-1μm。

8.根据权利要求3所述的光学防伪元件，其中，当所述第一表面浮雕结构层、所述第二表面浮雕结构层呈现非衍射特征时，所述第一表面浮雕结构层、所述第二表面浮雕结构层在垂直于所述基材的所述表面的方向上的起伏高度小于25μm。

9.根据权利要求8所述的光学防伪元件，其中，所述起伏高度小于15μm。

10.根据权利要求3所述的光学防伪元件，其中，当所述第一表面浮雕结构层、所述第二表面浮雕结构层呈现衍射特征时，所述第一表面浮雕结构层、所述第二表面浮雕结构层在垂直于所述基材的所述表面的方向上的起伏高度小于2μm。

11.根据权利要求10所述的光学防伪元件，其中，所述起伏高度位于50nm-500nm的范围内。

12.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其中，所述第一干涉型多层镀层和所述第二干涉型多层镀层分别与所述第一表面浮雕结构层和所述第二表面浮雕结构层同形覆盖。

13.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其中，所述第一干涉型多层镀层和所述第二干涉型多层镀层各自能够包括下述各项中的任意一种或其组合：由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层，其中该反射层或吸收层与相应的表面浮雕结构层相接触；由高折射率介质层、低折射率介质层和高折射率介质层依次堆叠形成的干涉型多层镀层；以及由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的干涉型多层镀层，其中，该反射层或吸收层与相应的表面浮雕结构层相接触。

14.根据权利要求1-13中任一项权利要求所述的光学防伪元件，其中，其中所述光学防伪元件还包括形成于所述基材的所述表面上、所述第一表面浮雕结构层的表面上和/或所述第二表面浮雕结构层的表面上的衍射光变特征、微纳结构特征、印刷特征、部分金属化特征以及用于机读的磁、光、电、放射性特征中的一种或多种特征。

15.一种采用根据权利要求1-14中任一项权利要求所述的光学防伪元件的光学防伪产品。