CN105319628B

CN105319628B - 一种光学防伪元件

Info

Publication number: CN105319628B
Application number: CN201410376973.5A
Authority: CN
Inventors: 李成垚; 王晓利; 朱军
Original assignee: China Banknote Printing and Minting Corp; Zhongchao Special Security Technology Co Ltd
Current assignee: Zhongchao Special Security Technology Co Ltd; China Banknote Printing and Minting Group Co Ltd
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2018-11-20
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: CN105319628A

Abstract

本发明公开了一种光学防伪元件，所述光学防伪元件包括：基层；以及位于所述基层上方的微浮雕结构，其中所述微浮雕结构的单元尺寸和分布为随机或伪随机变化，且所述微浮雕结构的第一方向的特征尺寸及随机程度与垂直于该第一方向的第二方向的特征尺寸及随机程度不同，微浮雕结构的深度满足以下条件，当白光以一入射角照射所述微浮雕结构时，一波长或波长范围的光在透射光方向或/和反射光方向上干涉相长。该光学防伪元件避免了彩虹现象，又保证了图像具有高亮度和高颜色饱和度，呈现了呈现彩色、动感、立体等效果。

Description

一种光学防伪元件

技术领域

本发明涉及安全防伪领域，具体地，涉及一种光学防伪元件。

背景技术

衍射光变图像防伪元件(例如全息图、动态衍射图等)已经广泛应用于钞票、证卡和产品包装等各类高安全或高附加值的产品中，并且取得了非常好的效果。例如，大面额欧元纸币采用了衍射光变图像烫印标识，小面额欧元纸币采用了衍射光变图像烫印宽条，而人民币中除一元面额外都采用了衍射光变图像开窗安全线。Visa、MasterCard和中国的银联信用卡均采用了衍射光变图像烫印标识，另外，中国的身份证、驾驶证、护照等重要证件也都采用了衍射光变图像防伪技术。到目前为止，世界上的大多数钞票、信用卡、护照等安全证卡大都采用了衍射光变图像防伪技术。

通常的衍射光变图像具有彩虹效果，即随着观察角度的变化所观察到的颜色由红到蓝像彩虹一样变化。它是一种浮雕结构的光栅，当照明光(例如自然光)照射到其表面时，会发生衍射作用，利用其+1级(或-1级)衍射光形成再现图像，实现醒目的动感、立体、颜色变化等大众防伪特征。

中国专利申请ZL201310269992公开了一种周期结构的衍射光变图像，在0级方向上呈现明亮的颜色，+1级(或-1级)再现普通衍射光变图像类似效果的图像。

中国专利申请ZL201310269077公开了具有随机结构的衍射光变图像，包括两种结构，一是二维随机结构，在两个维度上尺寸平均值相同，二是一维随机结构。两种结构的共同特点是在0级(反射光和/透射光)方向上都呈现明亮的颜色，散射光呈现另一种颜色。不同的是，前者的散射光分布在较大的空间范围内没有固定方向，因此只能呈现颜色，而且亮度较低，不能形成如动感、立体等其他效果。后者虽然散射光图像亮度高，但当照明光偏离垂直于光栅条纹的平面时颜色纯度降低、并且常伴有彩虹效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学防伪元件，该光学防伪元件呈现的图像具有高亮度、高颜色饱和度，能够呈现彩色、动感、立体等效果，同时又避免可彩虹现象。

为了实现上述目的，本发明提供一种光学防伪元件，所述光学防伪元件包括：基层；以及位于所述基层上方的微浮雕结构，其中所述微浮雕结构具有微浮雕结构单元，该微浮雕结构的单元尺寸和分布为随机或伪随机变化，且所述微浮雕结构的第一方向的特征尺寸及随机程度与垂直于该第一方向的第二方向的特征尺寸及随机程度不同，微浮雕结构的深度满足以下条件，当白光以一入射角照射所述微浮雕结构时，一波长或波长范围的光在透射光方向或/和反射光方向上干涉相长。

通过设置所述微浮雕结构的第一方向的特征尺寸及随机程度和第二方向的特征尺寸及随机程度不同，以及微浮雕结构的深度，从而既避免了彩虹现象，又保证了图像具有高亮度和高颜色饱和度，呈现了彩色、动感、立体等效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1a-1d示出了根据本发明的一个实施方式的光学防伪元件；

图2示出了根据本发明的另一个实施方式的光学防伪元件；

图3示出了根据本发明的又一个实施方式的光学防伪元件；以及

图4示出了根据本发明的再一个实施方式的光学防伪元件；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

“微浮雕结构”是指二维表面上根据需要形成的凹凸不平的微结构，且其特征尺寸在微米量级，其高度差也在微米量级。

“微浮雕结构单元”是指微浮雕结构中相邻极小值点连成的曲线或者极小值区域中点联成的曲线将表面分割形成的单个区域，所有的微浮雕结构单元组成微浮雕结构。

“微浮雕结构的深度”是指微浮雕结构中表面相邻区域的高度极大值与极小值之间的高度差。

“微浮雕结构的单元尺寸”是指微浮雕结构中微浮雕结构单元某一方向的最大尺寸。

“微浮雕结构的特征尺寸”是指微浮雕结构中微浮雕结构单元某一方向尺寸的统计平均值。

图1a-1d示出了根据本发明的一个实施方式的反射式光学防伪元件1。其中，所述光学防伪元件1可以包括：基层101；以及位于所述基层101上方的微浮雕结构102，其中所述微浮雕结构的单元尺寸和分布为随机或伪随机变化，且所述微浮雕结构的第一方向(图中的y方向)的特征尺寸及随机程度和与第一方向垂直的第二方向(图中的x方向)的特征尺寸及随机程度不同。尽管这里将图中的y方向设为第一方向，x方向设为第二方向，但是应该理解的是，本发明并不限制于此，可以设置任意合适的垂直的两个方向为第一方向和第二方向。

其中微浮雕结构第一方向的特征尺寸可以为0.5μm-5μm，第一方向的单元尺寸随机或伪随机变化的浮动范围可以为特征尺寸的±20％-±100％，优选地，第一方向的特征尺寸为0.8μm-4μm，第一方向的单元尺寸随机或伪随机变化的浮动范围±40％-±80％；第二方向的特征尺寸可以为5μm-40μm，第二方向的单元尺寸随机变化，第二方向的单元尺寸随机或伪随机变化的浮动范围可以为特征尺寸的±10％-±80％，优选特地，第二方向的特征尺寸为6μm-10μm，第二方向的单元尺寸随机或伪随机变化的浮动范围±20％-±60％。

微浮雕结构102的微浮雕结构的第一方向的特征尺寸较小，使得光学防伪元件1的反射光与散射光在空间分离，能够在不同角度上分别观察到其反射光与散射光的再现图像。

微浮雕结构102第二方向的特征尺寸较大，使得光学防伪元件1能够的散射光集中到一个较小的角度范围内，使得散射光的再现图像具有高亮度、高颜色饱和度，同时又避免了彩虹现象、颜色饱和度降低等问题。

也就是说，微浮雕结构102第一方向的特征尺寸和第二方向的特征尺寸不同，使得光学防伪元件1的散射光既能够与其反射光分离，又能将散射光集中到一个较小的角度范围内。

此外，微浮雕结构102的深度d可以满足以下条件，当白光以入射角α照射微浮雕结构102时，光束通过微浮雕结构102后，波长为λ(或者一波长范围)的光在透射光和/或反射光方向上干涉相长，从而使得光学防伪元件1在透射光和/或反射光方向上呈现第一颜色，而在散射光方向上呈现第二颜色(如图1b所示)。

其中，微浮雕结构102的深度d通常在50nm-3μm，优选为100nm-2μm。但是本发明并不限制于此，本领域技术人员可以根据再现光的颜色应用光栅理论来对微浮雕结构的深度进行设计。

微浮雕结构102中凸起部分可以占微浮雕结构102总面积的25％-75％，优选为40％-60％(凸起部分为高度高于微浮雕结构高度平均值的部分，凸起部分的面积和总面积指的是其在xoy平面内的投影面积)。

图1b-1d是根据本发明的一个实施方式的防伪元件1的剖面示意图。如图1b所示，微浮雕结构102的浮雕单元的剖面形状可以是正弦形。如图1c所示，微浮雕结构102的浮雕单元的剖面形状可以是锯齿形。如图1d所示，微浮雕结构102的浮雕单元的剖面形状可以是矩形。浮雕单元的第一方向和第二方向的剖面形状可以是相同的也可以是不同的。应该注意的是，微浮雕结构102的浮雕单元的剖面形状还可以是其他形状。

图2示出了根据本发明的另一个实施方式的光学防伪元件。该实施方式，与图1所示实施方式相比，增加了一层复制层。如图2所示，光学防伪元件1可以包括：基层101，位于所述基层101第一表面的复制层103，以及位于复制层103的至少部分区域上的微浮雕结构102。微浮雕结构102与图1实施例完全相同，因此不再赘述。该实施方式中的光学防伪元件1中增加了一层复制层103，如此使得微浮雕结构102更容易复制，而且使得槽型更加准确。需要注意的是，本实施方式中的复制层103虽然通常意义上由有利于复制的材料构成的，但是有时为了得到某种特殊的性能，也可以采用其他材料，也就是说复制层103可以是任何可能的材料。构成复制层103的材料可以例如为聚酯胶、聚氨酯胶、PET、PVC、PE、BOPP、ZnS、ZnO、Ta₂O₅、MgF₂、Al₂O₃、SiO₂、金、银、铜、镍、铁、锡等。

微浮雕结构102可以通过激光刻蚀、电子束刻蚀、离子刻蚀等方式制成母版，然后通过电铸、模压、UV复制等工艺复制到基层上。

所述基层可以例如为PET、PVC、PE等透明材料，也可以是金属、纸张等非透明材料。

当基层和微浮雕结构的材料均为无色透明材料时，所述第一颜色和第二颜色可以为互补色。

而且，按照上述同样的设计及制作方法，可以得到透射式的防伪元件，在此不再赘述。

图3示出了根据本发明的又一个实施方式的光学防伪元件。该实施方式，与图2所示实施方式相比，增加了一层镀层105。如图3所示，光学防伪元件1可以包括：基层101，位于所述基层101第一表面的复制层103，位于复制层103的至少部分区域上的微浮雕结构102，以及镀层104。镀层104可以同型地覆盖微浮雕结构102，也可以非同型地覆盖微浮雕结构102。微浮雕结构102与图1实施例完全相同，因此不再赘述。

镀层104可以是单层结构，也可以是多层结构。在不同的区域中，镀层104可以采用不同的结构。镀层104其中的一层、几层或者全部可以是图形化的。

镀层104的结构不同，可以产生不同的特性和效果。

镀层104为单层或者多层金属结构的情况，可以增加反射，提高再现图像的亮度。其中，构成镀层104的材料可以包括例如金、银、铜、铁、锡、镍、铬、铝、锌、钛等及各种合金材料，其厚度可以大于5nm，优选大于10nm。优选地，如果构成镀层104的材料为例如银、铝等反射率基本与波长无关的金属，则所述第一颜色和第二颜色可以为互补色。

镀层104为单层高折射率介质镀层的情况，也可以增加反射，提高再现图像的亮度。其中，高折射率材料可以为ZnS、ZnO、Ta₂O₅等。因而，可以制作透明光学防伪元件。

镀层104为金属反射层、介质层和吸收层三层结构的情况，由于这种结构具有颜色或者颜色变化效果，可以对上述微浮雕结构102进行优化设计，以进一步提高光学元件的视觉效果，增加防伪能力。

如果镀层104采用吸收层、介质层和吸收层三层结构或者吸收层、介质层、金属反射层、介质层和吸收层五层结构，则可以获得视觉效果好、防伪能力强的双面观察的光学防伪元件。

此外，还可以采用多层介质结构的镀层104，来对上述微浮雕结构102进行优化设计，以形成视觉效果更好、防伪能力更强的透明光学防伪元件。

图4示出了根据本发明的再一个实施方式的光学防伪元件。在该实施方式中，光学防伪元件1可以包括若干个不同的区域，同一区域内的微浮雕结构102是相同的，不同区域内的微浮雕结构102可以按照一定的规律变化，例如以下的其中一者：

不同区域内的微浮雕结构102的深度d取不同的值，使得无论是在零级光(反射光/透射光)方向还是在散射光方向上在不同的区域均呈现不同的颜色；

不同区域内的微浮雕结构102的第一方向的角度不同，使得散射光方向上可以产生动感效果图像，如果这种角度的变化使得不同区域的图像满足视差条件，那么散射光方向上可以产生立体图像；(是由于微浮雕结构102的第一方向的角度不同产生的，随机变化是为了消除彩虹效果)

不同区域内的微浮雕结构102深度d和第一方向的角度变化同时变化，则散射光方向上可以产生具有颜色变化的动感图像或/和立体图像。

本发明所提供的光学防伪元件可以以安全线、标识、宽条、贴条等形式应用在不同的载体上，例如将其应用至钞票、信用卡、证件、产品包装上。根据不同产品的不同需求，可以增加相应的功能层和功能材料。例如，在光学防伪元件1的一面或者两面增加黏结胶层，以便能够附着在承载物上；在复制层104或者镀层105的上面增加保护层以提高防伪元件的耐性；在基层101和复制层104之间增加剥离层，或者进一步在剥离层复制层104之间增加保护层，形成烫印产品；在任意一层中增加荧光物质，使防伪元件具有荧光特性或荧光图案；在任意两层介质间增加磁性介质层来实现磁性机读。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明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的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。例如，可以将透射式防伪元件的实施方式进行组合，将反射式防伪元件的实施方式进行组合，或可以将透射式和反射式防伪元件的实施方式进行组合。例如，可以在一个防伪元件上既采用透射式元件，又采用反射式元件。而在微浮雕结构中可以采用上述实施方式中的各种图案或组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种光学防伪元件，其特征在于，所述光学防伪元件包括：

基层；以及

位于所述基层上方的微浮雕结构，

其中所述微浮雕结构的单元尺寸和分布为随机或伪随机变化，其中，所述微浮雕结构的第一方向的特征尺寸为0.5μm-5μm，所述第一方向的单元尺寸随机或伪随机变化的浮动范围为特征尺寸的±20％-±100％，所述微浮雕结构的垂直于所述第一方向的第二方向的特征尺寸为5μm-40μm，所述第二方向的单元尺寸随机或伪随机变化的浮动范围为特征尺寸的±10％-±80％，其中所述微浮雕结构的所述第一方向的特征尺寸及随机程度与所述第二方向的特征尺寸及随机程度不同；

微浮雕结构的深度满足以下条件，当白光以一入射角照射所述微浮雕结构时，一波长或波长范围的光在透射光方向或/和反射光方向上干涉相长，从而使得所述光学防伪元件在透射光和/或反射光方向上呈现第一颜色，而在散射光方向上呈现第二颜色。

2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微浮雕结构第一方向的征尺寸为0.8μm-4μm，所述第一方向的单元尺寸随机或伪随机变化的浮动范围±40％-±80％，所述第二方向的特征尺寸为6μm-10μm，所述第二方向的单元尺寸随机或伪随机变化的浮动范围±20％-±60％。

3.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微浮雕结构的深度为50nm-3μm。

4.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微浮雕结构中凸起部分的面积为微浮雕结构总面积的25％-75％，

其中，所述凸起部分为高度高于微浮雕结构高度平均值的部分，并且所述面积为所述第一方向和所述第二方向限定的平面中的投影面积。

5.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微浮雕结构包括微浮雕结构单元，该微浮雕结构单元的第一方向剖面和第二方向剖面为正弦形、锯齿形或矩形。

6.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述光学防伪元件还包括以下至少一者：

复制层，该复制层位于所述基层的第一表面上，并且所述微浮雕结构位于所述复制层的至少部分区域上；

镀层，该镀层覆盖在所述微浮雕结构上；

黏结胶层，以将所述光学防伪元件附着在承载物上。

7.根据权利要求6所述的光学防伪元件，其特征在于，所述镀层为以下至少一者：

单层或多层金属结构；

单层高折射率介质镀层；

金属反射层、介质层和吸收层三层结构；

吸收层、介质层和吸收层三层结构；

吸收层、介质层、金属反射层、介质层和吸收层五层结构；

多层介质结构。

8.根据权利要求6所述的光学防伪元件，其特征在于，所述复制层或镀层上具有保护层。

9.根据权利要求1-8中任一项权利要求所述的光学防伪元件，其特征在于，所述光学防伪元件具有多个区域，同一区域内的所述微浮雕结构是相同的，不同区域内的所述微浮雕结构是不同的，

其中不同区域内的所述微浮雕结构的深度不同、不同区域内的所述微浮雕结构的第一方向的角度不同、或不同区域内的所述微浮雕结构的深度和第一方向的角度均不同。