CN111716935A - 光学防伪元件及光学防伪产品 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光学防伪元件及光学防伪产品，属于光学防伪领域。所述光学防伪元件包括：基层；位于所述基层上的颜色功能层，所述颜色功能层包括第一微浮雕结构及同形覆盖所述第一微浮雕结构表面的第一镀层；覆盖所述颜色功能层的第一区域的至少一部分的第二微浮雕结构，所述第一区域为所述颜色功能层的部分区域；以及仅同形覆盖所述第二微浮雕结构表面的第二镀层；所述第二微浮雕结构被定义成当光束以一入射角照射所述第二微浮雕结构时，该光束中一波长或波长范围的光在反射光方向上干涉相长。其具有可靠性高且易识别难伪造的优点。

Description

光学防伪元件及光学防伪产品

技术领域

本发明涉及光学防伪领域，具体地，涉及一种光学防伪元件及光学防伪产品。

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具有衍射光变图像(例如全息图、动态衍射图等)防伪技术，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，小面额采用了衍射光变图像烫印宽条，中国2005版人民币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采用了衍射光变图像烫印标识，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、护照等安全证卡采用了衍射光变图像防伪技术。

用于防伪的衍射光变图像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，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。

随着衍射光变图像技术的日益普及，该技术在一般商品及包装中也得到了广泛的应用，例如烟、酒、药品等的包装，甚至纺织品、玩具的标签都采用了该技术。这种防伪技术越来越易于实现，使得该技术的防伪性能大打折扣。因此，需要一种新的更可靠的防伪技术。

中国专利申请CN104249597A公开了一种光学防伪元件，其所包含的微结构被定义成当光束以一入射角照射时，该光束中一波长或波长范围的光在透射光方向或反射光方向上干涉相长。该光学防伪元件区别于上述衍射光变图像，避免了具有不确定颜色的彩虹特征的衍射光的干扰，而是利用了干涉机理形成的易于描述的颜色稳定的光，从而使得该光学防伪元件中微结构所覆盖的区域形成特定的图案时具有较高的易识别难伪造的作用，但作为钞票、身份证件等产品对高防伪技术水平日益提高的紧迫需求，该光学防伪元件需要进一步提高独特性以及易识别难伪造的属性。

为了防止伪造钞票、证件和产品包装等各类高安全或高附加值印刷品，广泛采用了多层结构镀层技术。多层结构镀层技术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，并且无法利用照相机、扫描仪、打印机等电子设备模仿或复制，所以具有较高的防伪能力。但是，单纯采用多层镀层技术已经不能很好地满足防伪领域的需求。

将多层结构镀层与中国专利申请CN104249597A公开的防伪元件相结合能够带来丰富而独特的光学防伪特征，然而由于二者都会对入射光波长进行选择性的相长干涉，这一结合将会产生矛盾，使多层结构镀层提供的颜色抑或是中国专利申请CN104249597A 公开的防伪元件所提供的颜色特征都明显削弱，从而不利于防伪特征的识别，因此需要进一步开发新型的光学防伪元件。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种更可靠且易识别难伪造的光学防伪元件及光学防伪产品。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种光学防伪元件，该光学防伪元件包括：基层；位于所述基层上的颜色功能层，所述颜色功能层包括第一微浮雕结构及同形覆盖所述第一微浮雕结构表面的第一镀层；覆盖所述颜色功能层的第一区域的至少一部分的第二微浮雕结构，所述第一区域为所述颜色功能层的部分区域；以及仅同形覆盖所述第二微浮雕结构表面的第二镀层；所述第二微浮雕结构被定义成当光束以一入射角照射所述第二微浮雕结构时，该光束中一波长或波长范围的光在反射光方向上干涉相长。

相应地，本发明还提供一种光学防伪产品，包括上述的光学防伪元件。

通过上述技术方案，可以实现一种明显区别于衍射光变图像防伪技术且不同于单纯的多层结构镀层的光学防伪特征，含有该特征的样品在第二微浮雕结构所在区域提供了不同的观察角度分别呈现两种互为补色的颜色特征，而在其余区域则提供了颜色功能层中第一浮雕结构与第一镀层共同提供的颜色、动态、切换和/或景深特征。可以通过分别定义第二微浮雕结构和其表面覆盖的第二镀层、以及颜色功能层中的第一微浮雕结构及其表面覆盖的第二镀层的结构参数实现鲜明的光学防伪特征的对比和反差，从而形成具有易识别、难伪造的特征的独特的光学防伪元件。

本发明实施例的其它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实施例的进一步理解，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实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1a示出了根据本发明一实施方式的光学防伪元件的剖面图；

图1b示出了微浮雕结构的示例分布图，图1c至图1d示出了微浮雕结构的示例剖面图；

图1e至图1g分别示出了一实施方式中图1a所示的光学防伪元件的区域A的俯视观察图、立体结构示意图及截取的部分截面；

图1h至图1j分别示出了另一实施方式中图1a所示的光学防伪元件的区域A的俯视观察图、立体结构示意图及截取的部分截面；

图1k示出了又一实施方式中图1a所示的光学防伪元件的区域A的俯视观察图、立体结构示意图及截取的部分截面；

图2a至图2b示出了根据本发明一实施方式的光学防伪元件；

图3a至图3c示出了根据本发明一实施方式的光学防伪元件；

图4a至图4g示出了根据本发明的一个实施方式的光学防伪元件的制作流程；

图5a至图5c示出了根据本发明一实施方式的光学防伪元件的俯视示意图；

图6a至图6b示出了根据本发明一实施方式的光学防伪元件的俯视示意图；

图7示出了根据本发明一实施方式的光学防伪元件的剖面示意图；以及

图8示出了根据本发明一实施方式的光学防伪元件的剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例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实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明实施例中提到的“特征尺寸”是指微浮雕结构中取其表面高度最低和最高点的平均值将表面分割，从而形成包围凸起或凹下部分的轮廓在任意方向的尺寸。

“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。

“浮雕单元”是指微浮雕结构中取其表面高度最低和最高点的平均值，将表面分割形成的单个的凸起或凹下的部分，其特征尺寸在微米量级。“微浮雕结构的深度d”是指微浮雕结构中表面高度最高点和最低点的高度差。

“同形覆盖”是指镀层依微浮雕结构的起伏形状而起伏。

图1a示出了根据本发明一实施方式的光学防伪元件1。图1a是根据本发明一实施方式的光学防伪元件1的剖面示意图，光学防伪元件1包括：基层101；位于基层101 上的颜色功能层103，颜色功能层103包括微浮雕结构1031和同形覆盖于微浮雕结构1031 的镀层1032；位于颜色功能层103上，至少部分覆盖但不完全覆盖颜色功能层103的微结构，以及仅同形覆盖在所述微结构上的镀层104。在本实施方式中，微结构可以是微浮雕结构102，微浮雕结构102被定义成当光束以一入射角照射微浮雕结构102时，该光束中一波长或波长范围的光在反射光方向上干涉相长。光学防伪元件中，所述微浮雕结构 102和镀层104共同覆盖的区域称为B，未覆盖的区域称为A。

可选地，所述微浮雕结构1031可以选择全息衍射结构，其对入射光能够产生衍射作用，典型的全息衍射结构的宽度为0.3μm至10μm，优选为0.6μm至5μm，深度为0.03μm 至1μm，优选为0.1μm至0.2μm。

可选地，所述微浮雕结构1031可以选择反射型结构，其对入射光的反射方向其到反射调制作用，典型的反射型结构的宽度为2μm至200μm，优选为5μm至20μm，深度为0.05μm至100μm，优选为0.5μm至2μm。

可选地，所述微浮雕结构1031可以选择亚微米结构，其对入射光的光谱具有选择性吸收和反射的作用，典型的亚微米结构的宽度为0.01μm至1μm，优选为0.05μm至 0.5μm，深度为0.01μm至1μm，优选为0.05μm至0.5μm。

当然，微浮雕结构1031也可以选择与微浮雕结构102相同的干涉型微结构，其形式和选择范围与微浮雕结构102相同，参照下文中关于微浮雕结构102的描述。

从表面微观起伏形状的角度，微浮雕结构1031可以包括但不限于以下任意表面浮雕结构：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、锥形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，衍射型微透镜可以包括谐衍射微透镜、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。

可选地，所述镀层1032可以是干涉型多层膜结构，该干涉型多层膜结构形成法布里-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，从而呈现特定的颜色；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，从而在出射角方向呈现给观测者的颜色也随之变化，从而形成光变效果。所述干涉型多层膜结构可以包括下述结构中的任意一种：(1)由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层，其中该反射层或吸收层与所述第一表面浮雕结构层相接触；(2)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镀层；以及(3)由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层，其中该反射层或吸收层与所述第一表面浮雕结构层相接触。可选地，上述的反射层的材料可以为具有高反射率的材料，如金、银、铜、铝、锌、镍、钛等以及它们的合金；上述的吸收层的材料要求是其折射率与吸光系数接近的材料，例如可以是半金属材料(如硅、锗等)，也可以是金属材料或其合金(如铬、铜、镍、镍铬合金等)；上述的低折射率介质层的折射率小于1.7，例如可以是氟化镁、二氧化硅、冰晶石等；上述的高折射率介质层的折射率大于或等于1.7，例如可以是ZnS、TiN、TiO₂、TiO、Ti₂O₃、Ti₃O₅、Ta₂O₅、Nb₂O₅、CeO₂、Bi₂O₃、Cr₂O₃、 Fe₂O₃、HfO₂、ZnO等。所述干涉型多层膜结构可以通过热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射等物理或化学气相沉积的方法获得。

可选地，所述镀层1032可以是金属油墨或光变油墨。

为了便于描述微浮雕结构102，定义x-y-z空间坐标系。如图1b所示，微浮雕结构102可以位于xoy平面(或与xoy平面平行的平面)，且在x轴、y轴方向的特征尺寸可以例如是0.3μm至6μm，优选为0.6μm至3μm，且微浮雕结构102的图案(即微浮雕结构的浮雕单元)可以是随机或伪随机分布的。微浮雕结构102中凸起部分的面积可以占微浮雕结构102总面积的20％至80％，优选为35％至65％。如图1a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。本领域技术人员可以理解的是，微浮雕结构102的浮雕单元的剖面形状还可以是其他形状。微浮雕结构102的深度d可以满足以下条件，即当自然光(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)的光在反射光方向上干涉相长，从而使得在反射光方向观察光学防伪元件1时，呈现第一颜色，而在散射光方向上观察光学防伪元件1时，呈现第二颜色(如图1a所示)。

微浮雕结构102的深度d通常在100nm至5μm之间，优选为200nm至3μm。可以通过以下的方法来确定深度d。

①表示出微浮雕结构102的复振幅透过率τ_g，τ_g为深度d、设计波长λ、微浮雕结构102的槽型、材料折射率分布n以及位置(x,y)的函数；②对复振幅透过率τ_g进行傅利叶变换；③找出波长为λ的反射光(即零级衍射光)最大的条件；④根据反射光最大的条件计算微浮雕结构102的深度d。

举例来说，设计波长λ＝600nm，微浮雕结构102材料的折射率n＝1.5，微浮雕结构102的剖面形状为正弦形，外部介质为空气，则d＝1528.8nm时，防伪元件1在反射光方向上呈现红色，在散射光方向呈现蓝绿色。若d＝2668.8nm，由于此时波长为410.8nm 的光也满足反射光干涉相长条件，所以防伪元件1在反射光方向上呈现洋红色，散射光方向上呈现绿色。

微浮雕结构102和1031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。更为常用的工艺是在基层的表面涂布成像层，将微浮雕结构复制在成像层上，目的是提高微浮雕结构的复制质量和提高复制效率。

构成微浮雕结构102和1031的材料可以例如为ZnS、ZnO、Ta₂O₅、SnO₂、Nb₂O₅、 HfO₂、In₂O₃、CeO₂、Dy₂O₃、Bi₂O₃、MgF₂、Al₂O₃、AlF₃、CaF₂、SiO₂、SrF₂、YbF₃、 NaF、Na₃AlF₆、PET、PVC、PE、聚酯胶、聚氨酯胶等。

所述基层可以例如为PET、PVC、PE等透明材料，也可以是纸张、印刷品、包装等载体。所述基层也可以是加工过程中的载体，而在后期应用时被剥离。

在本实施方式中，镀层104可以例如为金属反射层。可选地构成金属反射层的材料可以包括例如金、银、铜、铁、锡、镍、铬、铝、锌、钛及其合金，厚度可以大于5nm，优选大于10nm。所述镀层104可以通过热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射等物理或化学气相沉积的方法获得。镀层104的作用是为微浮雕结构102提供反射功能，从而使反射光的效率增强。当镀层104具有颜色特征时，其效果为该颜色特征与微浮雕结构102提供的颜色特征的叠加。

下面对图1a-d所示的光学防伪元件1中区域A和区域B的光学防伪特征进行说明。

总的来说，区域B本身能够提供反射光方向和散射光方向上的颜色变化和互补色特征，其次，区域B的颜色特征取决于微浮雕结构102的形貌、折射率n、其在xoy平面上的参数分布以及结构深度d，因此，可以通过计算和设计参数来定义区域B的颜色或颜色变化特征，而区域A的光学特征取决于微浮雕结构1032和镀层1032的形式和参数。因此可以实现A、B两区域具备强烈的反差和对比，以使得本发明实施例的光学防伪元件具有更强的独特性，从而达到更加易于公众识别且造假者难以伪造的目的。

实际应用中可以例如采用如下优选方案对区域A和区域B进行配置：

(1)第一种配置

颜色功能层103：

图1e至图1g分别对应区域A的俯视观察图、立体结构示意及截取的部分截面。

选择颜色功能层103中的镀层1032为依次包含Al(40nm)/SiO₂(370nm)/Cr(5nm)的干涉型多层膜结构，该参数的干涉型多层膜具有正面观察为金黄色，倾斜观察为绿色的特征；

微浮雕结构1031采用球面镜以获得图案平移滚动的效果，所述球面镜的尺寸为在5μm至100μm范围内逐渐变化，起伏高度为10μm。

微浮雕结构102：

微浮雕结构102材料的折射率n＝1.50，微浮雕结构102的剖面形状为正弦形，外部介质为空气，则d＝1528.8nm时，光学防伪元件1在反射光方向上呈现红色，在散射光方向呈现蓝绿色。

光学防伪特征：在反射光方向观察区域A为带有平移滚动效果的金色，区域B为红色；在散射光方向观察，区域A为带有平移滚动效果的绿色，区域B为蓝绿色。

(2)第二种配置

颜色功能层103：

图1h至图1j分别对应区域A的俯视观察图、立体结构示意及截取的部分截面。

选择颜色功能层103中的镀层1032为依次包含Al(60nm)/SiO₂(430nm)/Al(4nm)的干涉型多层膜结构，该参数的干涉型多层膜具有正面观察为洋红色，倾斜观察为绿色的特征；

微浮雕结构1031采用了锯齿形结构以获得图案平移滚动的效果，所述锯齿形结构的尺寸为10μm，起伏高度为5μm。

微浮雕结构102：

微浮雕结构102材料的折射率n＝1.48，微浮雕结构102的剖面形状为矩形，外部介质为空气，则d＝600nm，所以防伪元件1在反射光方向上呈现绿色，散射光方向上呈现洋红色。

光学防伪特征：在反射光方向观察，区域A为带有平移滚动效果的洋红色，区域B为绿色；在散射光方向观察，区域A为带有平移滚动效果的绿色，区域B为洋红色。

(3)第三种配置

颜色功能层103：

图1k分别对应区域A的俯视观察图、立体结构示意及截取的部分截面。

选择颜色功能层103中的镀层1032为依次包含Ag(30nm)/MgF₂(550nm)/Cr(5nm)的干涉型多层膜结构，该参数的干涉型多层膜具有正面观察为绿色，倾斜观察为洋红色的特征；

微浮雕结构1031采用一定参数及排列形式的柱面镜，从而形成2D/3D效果的示意图。形状为“KINE”的四个图像区域如图1k中Q1、Q2、Q3、Q4所示，它们在横向的位置之差为l，分别充满了方位角不同的柱面镜结构(参数同图1e)，所述方位角的变化是渐变的。对Q1、Q2、Q3、Q4各区域以Q11、Q22、Q33、Q44的方式进行分割后，按照Q的方式进行合成，从而确定了柱面镜排列的最终形式。按照这种方法形成的区域A 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。

微浮雕结构102：

微浮雕结构102：微浮雕结构102材料的折射率n＝1.48，微浮雕结构102的剖面形状为正弦形，外部介质为空气，则d＝500nm，所以光学防伪元件1在反射光方向上呈现黄色，散射光方向上呈现蓝色。

光学防伪特征：在反射光方向观察，区域A为绿色的带有景深感及一定动态效果的2D/3D特征，区域B为黄色；在散射光方向观察，区域A为洋红色的带有景深感及一定动态效果的2D/3D特征，区域B为蓝色。

可选地，可通过改变图1k实施例中Q1、Q2、Q3、Q4的图像形式来获得不同的效果，例如，将它们分别定义为不同的图像，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。

以上是对于颜色功能层103和微浮雕结构102进行配置从而形成区域A和区域B 具有不同的光学防伪特征的实施例。

图2a和图2b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2。如图所示，提供了一种光学防伪元件2，包括：基层201，位于基层201上的颜色功能层203，颜色功能层203包括微浮雕结构2031和同形覆盖于微浮雕结构2031的镀层2032；位于颜色功能层203上，至少部分覆盖但不完全覆盖颜色功能层203的微结构，以及仅同形覆盖在所述微结构上的镀层204。在本实施方式中，微结构可以是微浮雕结构202，微浮雕结构202被定义成当光束以一入射角照射微浮雕结构202时，该光束中一波长或波长范围的光在反射光方向上干涉相长。光学防伪元件中，所述微浮雕结构202和镀层204 共同覆盖的区域称为B，未覆盖的区域称为A。为便于描述，定义x-y-z空间坐标系。如图2a所示，微浮雕结构202可以位于xoy平面(或与xoy平面平行的平面)，且在x轴方向的特征尺寸可以大于6μm，优选大于10μm，由此微浮雕结构202在该方向上没有衍射效果，微浮雕结构202在y轴方向上的特征尺寸可以为0.3μm至6μm，优选为0.6μm至 3μm，且图案可以是随机或伪随机分布的。微浮雕结构202中凸起部分可以占微浮雕结构202总面积的20％至80％，优选为35％至65％。图2b是根据本发明的一个实施方式的防伪元件在yoz平面(或与yoz平面平行的平面)的剖面示意图。如图2b所示，微浮雕结构202的浮雕单元的剖面形状可以是正弦形。但是本领域技术人员可以理解，微浮雕结构202的浮雕单元的剖面形状可以是锯齿形、矩形或者其他形状。微浮雕结构202 的深度d可以满足下述条件，即自然光(白光)以入射角α照射微浮雕结构202时，光束通过微浮雕结构202后，波长为λ(或者一波长范围)的光在反射光方向上干涉相长，从而使得所述光学防伪元件2在反射光方向上观察到第一颜色。此外，如果光束在yoz 平面(或与yoz平面平行的平面)内，光学防伪元件2在yoz平面(或与yoz平面平行的平面)内散射光方向上观察到与第一颜色不同的第二颜色。

微浮雕结构202深度d通常在100nm至5μm之间，优选为200nm至3μm。确定深度d的方法与上述实施方式中的相同，这里不再赘述。

微浮雕结构2031和同形覆盖于微浮雕结构2031的镀层2032的选择范围与前述实施方式中的相同，这里不再赘述。另外，光学防伪元件2的其他特征与有益效果与上述光学防伪元件1相同，这里不再赘述。

图3a至3c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3。如图所示，提供了一种光学防伪元件3，包括：基层301，位于基层301上的颜色功能层303，颜色功能层303包括微浮雕结构3031和同形覆盖于微浮雕结构3031的镀层3032；位于颜色功能层303上，至少部分覆盖但不完全覆盖颜色功能层303的微结构，以及仅同形覆盖在所述微结构上的镀层304。在本实施方式中，微结构可以是微浮雕结构302，微浮雕结构302被定义成当光束以一入射角照射微浮雕结构302时，该光束中一波长或波长范围的光在反射光方向上干涉相长。光学防伪元件中，所述微浮雕结构302和镀层304共同覆盖的区域称为B，未覆盖的区域称为A。为便于描述，定义x-y-z空间坐标系。如图3a 所示，微浮雕结构302可以位于xoy平面(或与xoy平面平行的平面)，在y轴方向上的特征尺寸可以例如是0.3μm至6μm，优选为0.6μm至3μm，图案可以是随机或伪随机分布的，在x轴方向上的特征尺寸可以例如是0.3μm至6μm，优选为0.6μm至3μm，图案可以例如是周期性结构。微浮雕结构302中凸起部分可以占微浮雕结构302总面积的20％至80％，优选为35％至65％。图3b是根据本发明的一个实施方式的防伪元件3在yoz平面(或与yoz平面平行的平面)的剖面示意图，图3c是根据本发明的一个实施方式的防伪元件3在xoz平面(或与xoz平面平行的平面)的剖面示意图。微浮雕结构302的浮雕单元的剖面形状可以是正弦形、锯齿形、矩形或者其他形状。微浮雕结构302的深度d 可以满足下述条件，即自然光(白光)以入射角α照射微浮雕结构302时，光束通过微浮雕结构302后，波长为λ(或者一波长范围)的光在反射光方向上干涉相长，从而使得所述光学防伪元件3在反射光方向上观察到第一颜色。此外，如果光束在yoz平面(或与yoz平面平行的平面)内，光学防伪元件3在yoz平面(或与yoz平面平行的平面)内散射光方向观察到与第一颜色不同的第二颜色；如果光束在xoz平面(或与xoz平面平行的平面)内，光学防伪元件3在衍射光方向上观察到光栅的+1或-1级衍射光颜色随观察角度变化。

微浮雕结构302深度d通常在100nm至5μm之间，优选为200nm至3μm。确定深度d的方法与第一个实施方式中的相同，这里不再赘述。

微浮雕结构3031和同形覆盖于微结构3031的镀层3032的选择范围与前述实施方式中的相同，这里不再赘述。另外，光学防伪元件3的其他特征与有益效果与上述光学防伪元件1相同，这里不再赘述。

下面通过图4a至图4g对图1实施例中的光学防伪元件1的制作流程进行举例说明。

步骤一：如图4a所示，利用激光刻蚀工艺制作带有微浮雕结构1021的光学原版，并电铸为金属版辊，在基层1011的下表面利用模压工艺将金属版辊上的微浮雕结构复制为微浮雕结构1021，形成微浮雕结构1021的材料折射率在1.48附近。

步骤二：如图4b所示，在微浮雕结构1021表面蒸镀镀层104，所述镀层为40nm 厚的金属铝薄膜反射层。

步骤三：如图4c所示，采用印刷的方式在区域B的镀层104表面涂覆保护层105，所述保护层105为丙烯酸类的材料，其折射率在1.48附近。

步骤四：如图4d所示，将图4c所示的结构浸入40℃的浓度约为10％的氢氧化钠水溶液中，直至保护层105未覆盖的区域A中的铝反射层反应溶解完毕为止，从而使镀层 104形成镂空图形。

步骤五：如图4e所示，在图4d所示的结构下表面按照步骤一所述的加工方式再次加工微浮雕结构1031，形成微浮雕结构1031的材料折射率在1.48附近，从而使步骤一中的区域A上形成的微浮雕结构1021覆盖而消失。

步骤六：如图4f所示，在微浮雕结构1031上蒸镀干涉型多层膜(镀层1032)，即依次蒸镀Cr(5nm)/SiO₂(370nm)/Al(40nm)，其中Cr层与微浮雕结构1031接触。

步骤七：如图4g所示，利用带有粘接性能的热熔胶106将图4f所示的结构与其它载体107粘接在一起。所述热熔胶和/或载体也即相当于本发明光学防伪元件中的基层。

以上为制作图1a所述的光学防伪元件1的一种优选的典型实施方法。光学防伪元件2和3的制作流程与此类似，这里不再赘述。

下面继续结合图4a至图4g和图5a至图5c说明光学防伪元件1存在的不足之处。

图5a对应图4b所示的带有镀层104的微浮雕结构1021在xoy平面或与其平行的平面上的俯视图像，其中不同区域C和D填充有不同参数(例如微浮雕结构在面内的排布、结构深度、形貌等)的微浮雕结构。实际应用中，也可以在区域C和D中根据设计需要进一步分割为宏观或微观的子区域用来填充不同参数的微浮雕结构。

图5b对应图4c所示的施加了保护层105的微浮雕结构1021，由于保护层105与微浮雕结构1021是在各自的步骤中分别加工的，二者在xoy平面上的投影客观上会出现难以避免的错位误差，按照现有加工工艺水平，该错位误差通常在0.1毫米以上。当保护层 105覆盖的区域是以无误差的方式覆盖微浮雕结构1021的区域D为最初的设计目标时，其实际上却是覆盖了区域B。从而造成了镀层104保留区域的不确定性，进一步造成了光学防伪元件1中区域A和区域B的位置不确定性。例如实际应用中不可避免地出现图 5c所示的图像失真和残缺。

图6a至图6b所示为针对图5a至图5c实施例中暴露出的图像失真和残缺问题的一种优化的实施例。图6a表示了带有镀层104的微浮雕结构1021在xoy平面或与其平行的平面上的俯视图像，其中不同区域C和D填充有不同参数(例如微浮雕结构在面内的排布、结构深度、形貌等)的微浮雕结构。

图6b对应图4c所示的施加了保护层105的微浮雕结构1021。为了避免图像失真和残缺，保护层105的覆盖面积比目标覆盖区域D略大，超出的尺寸例如至少为0.1毫米，以确保所述错位误差被包含在内。因此目标覆盖区域D，即便是在所述错位误差存在的情况下依然能够被全包含实际覆盖区域B中，从而保证了图像的完整性。但是，这一优化结构带来了另外一个问题，即保护层105所保护的镀层104会覆盖设计目标区域D以外的区域，也就是区域C的一部分，解决了图像完整性的同时造成了图像冗余。而且冗余的镀层104会影响颜色功能层103所在的区域A的面积和完整性。

另外，不论是图5还是图6所述的光学防伪元件1都无法实现高精细度的镀层104的镂空图形。这是保护层105的印刷工艺的限制，现有印刷工艺中的线条精细度均无法突破0.01毫米的笔画宽度。

为解决图5和图6表述的问题，保证光学防伪元件具有更高的独特性和易识别难伪造的属性。本发明进一步提供另外一种光学防伪元件，下面结合图7进行描述。

图7是根据本发明的一个实施方式的防伪元件7的剖面示意图，光学防伪元件7包括：基层701；位于基层701上的颜色功能层703，所述颜色功能层703包含微浮雕结构 7031和同形覆盖于微结构7031的镀层7032；覆盖颜色功能层703的第一区域的至少一部分的第一微结构，及覆盖颜色功能层703除第一区域之外的第二区域上的第二微结构；以及仅同形覆盖第一微结构的镀层704。在本实施方式中，所述第一微结构是微浮雕结构 702，第二微结构是微浮雕结构7022。光学防伪元件中，所述微浮雕结构702和镀层704 共同覆盖的区域称为B，所述微浮雕结构7022覆盖的区域称为A，其中微浮雕结构层702 的表面积与表观面积的比值小于微浮雕结构7022的表面积与表观面积的比值。即镀层 704覆盖的区域B由微浮雕结构702和微浮雕结构7022的所述表面积与表观面积的比值的差异所决定。

具体而言，微浮雕结构702和微浮雕结构7022是由在xoy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实际面积。显然，某一区域的表面积与其表观面积之比为不小于1的数值。

优选地，表面微结构7022可以在如下范围内选择：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。光学防伪元件7的其他特征与上述光学防伪元件1相同，这里不再赘述。

图7的实施方式中，微浮雕结构702在x轴、y轴方向的特征尺寸为2.8μm，微浮雕结构702材料的折射率n＝1.48，微浮雕结构702的剖面形状为正弦形，外部介质为空气，d＝500nm。微浮雕结构7022为正弦型光栅，其排列周期为350nm，深300nm。光学防伪元件7的加工过程如下：

步骤一：利用激光刻蚀工艺制作包含微浮雕结构7031的光学原版，并电铸为金属版辊，在基层701的上表面利用模压工艺将金属版辊上的微浮雕结构复制为微浮雕结构7031。

步骤二：在微浮雕结构7031上蒸镀干涉型多层膜(即，镀层7032)，即依次蒸镀Al(40nm)/SiO₂(370nm)/Cr(5nm)，其中Al层与微浮雕结构7031接触。

步骤三：在步骤二中的结构的上表面按照步骤一所述的加工方式再次加工微浮雕结构702和微浮雕结构7022。

步骤四：在微浮雕结构702和微浮雕结构7022表面蒸镀镀层704，所述镀层为50nm厚的金属铝薄膜反射层。

步骤五：将步骤四形成的结构浸入40℃的浓度约为5％的氢氧化钠水溶液中，微浮雕结构7022表面的金属铝薄膜反射层反应溶解完毕为止，从而使镀层704准确覆盖微浮雕结构702，从而形成精准镂空图形。

当然，可以进一步在步骤五所述结构基础上进一步添加填充层，该填充层材料与微浮雕结构7022的材料折射率相似，从而使微浮雕结构7022被覆盖而趋于消失。

以上为制作图7所述的光学防伪元件7的实施步骤。其中，区域A的光学防伪特征由微浮雕结构7031和镀层7032共同决定。同时，区域B的光学防伪特征由微浮雕结构 702及其表面的镀层704共同决定。

图8是根据本发明的另一个实施方式的防伪元件8的剖面示意图，光学防伪元件8包括：基层801；位于基层801上的颜色功能层803，所述颜色功能层803包含微浮雕结构8031和同形覆盖于微结构8031的镀层8032；覆盖颜色功能层803的第一区域的至少一部分的第一微结构，及覆盖颜色功能层803除第一区域之外的第二区域上的第二微结构；以及仅同形覆盖第一微结构的镀层804。在本实施方式中，所述第一微结构是微浮雕结构802，所述第二微结构是微浮雕结构8022。光学防伪元件中，所述微浮雕结构802 和镀层804共同覆盖的区域称为B，所述微浮雕结构8022覆盖的区域称为A，其中微浮雕结构层802的起伏高度小于微浮雕结构8022的起伏高度。即镀层804覆盖的区域B由微浮雕结构802和微浮雕结构8022的所述起伏高度差异所决定。

优选地，表面微结构8022可以在如下范围内选择：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。光学防伪元件8的其他特征与上述光学防伪元件1相同，这里不再赘述。

图8的实施方式中，微浮雕结构802在x轴、y轴方向的特征尺寸为4.0μm，微浮雕结构802材料的折射率n＝1.48，微浮雕结构802的剖面形状为矩形，外部介质为空气， d＝600nm。微浮雕结构8022为一维排列的柱面镜，其排列周期为20μm，相邻柱面镜的底部间隔为1.5μm，柱面镜高度为3.5μm。光学防伪元件8的加工过程如下：

步骤一：利用激光刻蚀工艺制作包含微浮雕结构8031的光学原版，并电铸为金属版辊，在基层801的上表面利用模压工艺将金属版辊上的微浮雕结构复制为微浮雕结构8031。

步骤二：在微浮雕结构8031上蒸镀干涉型多层膜8032，即依次蒸镀Al(40nm)/SiO₂(370nm)/Cr(5nm)，其中Al层与微浮雕结构8031接触。

步骤三：在步骤二中的结构的上表面按照步骤一所述的加工方式再次加工微浮雕结构802和微浮雕结构8022。

步骤四：在微浮雕结构802和微浮雕结构8022表面蒸镀镀层804，所述镀层为50nm厚的金属铝薄膜反射层。

步骤五：在镀层804表面整体涂覆保护层，所述保护层优选为聚合物，尤其是包含纤维素的聚合物。例如，形成保护层的聚合物可以包括硝基纤维素(优选为硝基醇)与所加入的用以提高保护层的耐后续处理性的树脂(如阿拉伯树胶和松香)等的混合物。在一种优选方案中，主树脂为聚酯的树脂材料，所述树脂材料包含以下组分：(1)约20wt％至约30wt％的主树脂，所述树脂为羟值大于120的聚酯，所述聚酯为支链化羟基聚酯，黏度为25000±5000mPa.s；(2)约10wt％至约25wt％的硝基纤维素，所述硝基纤维素为含氮量<12.4％的低氮硝化纤维；(3)约5wt％至约25wt％的交联剂，所述交联剂为异氰酸酯低聚体；以及(4)约20wt％至约60wt％的溶剂。

步骤六：将步骤五形成的结构浸入40℃的浓度约为10％的氢氧化钠水溶液中，微浮雕结构8022表面的铝反射层反应溶解完毕为止，从而使镀层804准确覆盖微浮雕结构802，从而形成精准镂空图形。具体反应过程为：保护层并未完全遮盖微浮雕结构8022 上的镀层804，因此使所述环境与微浮雕结构8022上裸露的镀层804反应，以实现该区域的镂空。同时，这一反应过程的下一阶段为，所述环境以微浮雕结构8022中裸露的镀层804为中心向由两侧的保护层所遮盖的镀层804中渗透，从而进一步与微浮雕结构8022 上被保护层遮盖的镀层804反应至半透明，甚至随着反应过程的持续进行进而达到全透明。在整个反应过程中，微浮雕结构802上的镀层804被保护层完全遮盖，因而不参与反应得以保留。

当然，可以进一步在步骤六所述结构基础上进一步添加填充层，该填充层材料与微浮雕结构8022的材料折射率相似，从而使微浮雕结构8022被覆盖而趋于消失。

以上为制作图8所述的光学防伪元件8的实施步骤。其中，区域A的光学防伪特征由微浮雕结构8031和颜色功能层8032共同决定。同时，区域B的光学防伪特征由微浮雕结构802及其表面的镀层804共同决定。

本申请的防伪元件可以集成多种其他类型的浮雕结构，比如普通的衍射光变图像、闪耀光栅结构等。例如在图1a中的区域B中进一步在微浮雕结构102存在的同时，加入彩虹或消色全息图像，所述全息图像可以采用正弦形、矩形和/或锯齿形微观结构，其具备衍射或非衍射的光学特征，从而提供与微浮雕结构102不同的不必满足所述干涉相长条件的颜色特征或图像特征。所述全息图像可以与微浮雕结构102同步在原版上形成从而减少工艺复杂度，或在后续加工中分步生成，例如采用两次模压的方式。

本申请的防伪元件还可以是烫印型的，即在基材上涂布剥离层，再在剥离层上制作本发明的防伪元件，当应用烫印工艺将它转移到承载物后，基材剥离下来。

本申请的防伪元件进一步带有其他功能层，如磁性信息层、荧光防伪特征层、印刷图案层、黏结胶层等。

本申请的防伪元件可以应用于标识、烫印宽条、贴条、安全线等形式转移或粘贴到承载物上。这些承载物可以是钞票、证券、信用卡、护照等高安全产品，也可以是高附加值商品。

相应地，本发明实施例还提供一种光学防伪产品，包括上述的光学防伪元件。

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

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。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (16)

1.一种光学防伪元件，该光学防伪元件包括：

基层；

位于所述基层上的颜色功能层，所述颜色功能层包括第一微浮雕结构及同形覆盖所述第一微浮雕结构表面的第一镀层；

覆盖所述颜色功能层的第一区域的至少一部分的第二微浮雕结构，所述第一区域为所述颜色功能层的部分区域；以及

仅同形覆盖所述第二微浮雕结构表面的第二镀层；

所述第二微浮雕结构被定义成当光束以一入射角照射所述第二微浮雕结构时，该光束中一波长或波长范围的光在反射光方向上干涉相长。

2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，所述光学防伪元件还包括：

覆盖在所述颜色功能层的除所述第一区域之外的第二区域上的第三微浮雕结构，所述第二微浮雕结构的表面积与表观面积的比值小于所述第三微浮雕结构的表面积与表观面积的比值。

3.根据权利要求1所述的光学防伪元件，所述光学防伪元件还包括：

覆盖在所述颜色功能层的除所述第一区域之外的第二区域上的第三微浮雕结构，所述第二微浮雕结构的起伏高度小于所述第三微浮雕结构的起伏高度。

4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的光学防伪元件，其中，

所述第一微浮雕结构包括以下一者或多者：全息衍射结构、反射型结构、亚微米结构、或者与所述第二微浮雕结构的结构功能相同的干涉型微结构；或者

所述第一微浮雕结构包括以下表面浮雕结构中的一者或多者：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。

5.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的光学防伪元件，其中，

所述第一镀层为干涉型多层膜结构，所述干涉型多层膜结构形成法布里-泊罗谐振腔；或者

所述第一镀层为由金属油墨或光变油墨组成。

6.根据权利要求5所述的光学防伪元件，其中，所述干涉型多层膜结构包括以下一者：由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层，其中该反射层或吸收层与所述第一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镀层，其中该反射层或吸收层与所述第一表面浮雕结构层相接触。

7.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的光学防伪元件，其中，所述第二微浮雕结构的至少一部分的深度满足以下条件：

当所述光束以一入射角照射所述第二微浮雕结构的至少一部分时，该光束通过该第二微浮雕结构的至少一部分后，该光束中一波长或波长范围的光在反射光方向上干涉相长，由此所述光学防伪元件的至少一部分在反射光方向上呈现第一颜色。

8.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其中，所述第二微浮雕结构的至少一部分的图案为以下中的至少一种或任意组合：

所述第二微浮雕结构的浮雕单元随机或伪随机分布；

所述第二微浮雕结构的浮雕单元在一个方向随机或伪随机分布；以及

所述第二微浮雕结构的浮雕单元在第一方向周期分布，在第二方向随机或伪随机分布。

9.根据权利要求8所述的光学防伪元件，其中，在所述第二微浮雕结构的至少一部分的图案为所述第二微浮雕结构的至少一部分的浮雕单元随机或伪随机分布的情况下，该第二微浮雕结构的至少一部分的特征尺寸为0.3μm-6μm，优选为0.6μm-3μm，该微浮雕结构的至少一部分的深度还满足以下条件：

当所述光束以一入射角照射所述第二微浮雕结构的至少一部分时，所述光学防伪元件的至少一部分在散射光方向上呈现第二颜色。

10.根据权利要求8所述的光学防伪元件，其中，在所述第二微浮雕结构的至少一部分的图案为所述第二微浮雕结构的至少一部分的浮雕单元在第二方向随机或伪随机分布的情况下，该第二微浮雕结构的至少一部分在该第二方向的特征尺寸为0.3μm-6μm，优选为0.6μm-3μm，在第一方向的特征尺寸大于6μm，优选大于10μm，该第二微浮雕结构的至少一部分的深度还满足以下条件：

当所述光束以一入射角照射所述第二微浮雕结构的至少一部分时，如果所述光束在与所述基层所在平面垂直并包含所述第二方向的第一平面内，则所述光学防伪元件的至少一部分在该第一平面内散射光方向上呈现第二颜色。

11.根据权利要求8所述的光学防伪元件，其中，在所述第二微浮雕结构的至少一部分的图案为所述第二微浮雕结构的至少一部分的浮雕单元在第一方向周期分布，在第二方向随机或伪随机分布的情况下，该第二微浮雕结构的至少一部分在该第一方向的特征尺寸为0.3μm-6μm，优选为0.6μm-3μm，在该第二方向的特征尺寸为0.3μm-6μm，优选为0.6μm-3μm，该微浮雕结构的至少一部分的深度还满足以下条件：

当所述光束以一入射角照射所述第二微浮雕结构的至少一部分时，如果所述光束在与所述基层所在平面垂直并包含所述第二方向的第一平面内，则所述光学防伪元件的至少一部分在该第一平面内散射光方向上呈现第二颜色；如果所述光束在与所述基层所在平面垂直并包含所述第一方向的第二平面内，则所述光学防伪元件的至少一部分在该第二平面内的衍射光方向上呈现随角度变化的+1级或-1级衍射光颜色。

12.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的光学防伪元件，其中，所述第二微浮雕结构满足以下一者或多者：

所述第二微浮雕结构的浮雕单元的剖面形状为以下一者或多者：正弦形、锯齿形或矩形；

所述第二微浮雕结构中凸起部分的面积为所述第二微浮雕结构的总面积的20％至80％，优选为35％至65％；以及

所述第二微浮雕结构的深度为100nm至5μm，优选为200nm至3μm。

13.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的光学防伪元件，其中，所述第二镀层为金属反射层。

14.根据权利要求1所述的光学防伪元件，所述光学防伪元件还包括：

覆盖在所述第一区域的除所述第二微浮雕结构之外的其它部分上的全息图像。

15.根据权利要求1所述的光学防伪元件，所述光学防伪元件还包括以下一者或多者：磁性信息层、荧光防伪特征层、印刷图案层、或黏结胶层。

16.一种光学防伪产品，包括根据权利要求1至15中任意一项权利要求所述的光学防伪元件。

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