CN112572017B

CN112572017B - 可双面观察的光学防伪元件

Info

Publication number: CN112572017B
Application number: CN201910932005.0A
Authority: CN
Inventors: 胡春华; 朱军; 周赟; 封敏宇
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: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2022-05-20
Anticipated expiration: 2039-09-29
Also published as: CN112572017A

Abstract

本发明公开了一种光学防伪元件及其制造方法，属于光学防伪技术领域。所述光学防伪元件包括：第一起伏结构层；所述第一起伏结构层包括具有第一微结构的第一区域和具有第二微结构的第二区域，所述第一微结构的比体积小于所述第二微结构的比体积；所述第一起伏结构层一侧有依次层叠的第一镀层、第二起伏结构层和第二镀层；所述第一镀层和所述第二镀层均位于所述第一区域而不位于所述第二区域，且所述第一镀层和所述第二镀层至少局部具有不同的表面起伏形状。

Description

可双面观察的光学防伪元件

技术领域

本发明涉及光学防伪技术领域，具体地涉及一种薄膜光学防伪元件和一种光学防伪元件的制作方法。

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、有价证券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。光学防伪技术一般通过薄膜状的安全线、标签或者宽条等防伪元件作为载体，实现防伪目的的。

为了增加亮度，光学防伪元件上的防伪图像一般采用金属反射层。对该金属反射层进行局部去除，从而透光观察时形成特定镂空图案，能够大幅度提高光学防伪元件的视觉效果和抗伪造能力。为进一步提高防伪效果，高安全或高附加值印刷品中的防伪元件在印刷品的两侧均具有可视的部分，如有些国家的钞票上的视窗防伪宽条或者双面开窗安全线。如新版5英镑的防伪宽条，视窗部分的镂空全息塔楼图像正面观察和反面观察分别呈现金色和银色特征。再如新版20欧元的防伪宽条，视窗部分的镂空欧罗巴图像正面观察和反面观察分别具有不同的彩虹全息效果，且两个全息图像的轮廓是完全对应的。然而，上述两个产品中，全息图像和镂空区域的对位关系都是不严格的，即没有特定的对位关系。

可以设想，如果防伪元件两侧观察具有不同的光学微结构(如全息)形成的图像，并且至少其中一种微结构形成的图像与镂空区域严格对位，则能够进一步提高光学防伪元件的视觉效果和防伪能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高视觉效果和防伪能力的、可双面观察的光学防伪元件及其制造方法，尤其适合应用于具有视窗结构的被保护产品中，该防伪元件两侧观察具有不同的光学微结构(如全息)形成的图像，并且至少其中一种微结构形成的图像与镂空区域严格对位。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种薄膜光学防伪元件，所述薄膜光学防伪元件包括：第一起伏结构层；所述第一起伏结构层包括具有第一微结构的第一区域和具有第二微结构的第二区域，所述第一微结构的比体积小于所述第二微结构的比体积；所述第一起伏结构层一侧有依次层叠的第一镀层、第二起伏结构层和第二镀层；所述第一镀层和所述第二镀层均位于所述第一区域而不位于所述第二区域，且所述第一镀层和所述第二镀层至少局部具有不同的表面起伏形状。

这里提到的微结构的比体积是指将起伏结构层置于水平状态，设想恰好完全覆盖起伏结构表面的液体体积与起伏结构表面在水平面上的投影面积的比值；按照此定义，比体积的量纲为um³/um²；按照此定义，平坦结构看做是比体积为零的微结构；设置第一微结构和第二微结构的比体积的差别的目的是获得第二区域的镀层的镂空，即第一镀层和第二镀层严格位于第一区域而不位于第二区域；实现镀层镂空的原理将在具体实施方式部分做详细介绍；这样，微结构形成的图像与镂空区域是严格对位的。

可选地，所述第二镀层的表面起伏形状是平坦的或者基本平坦的。

优选地，所述第一镀层和所述第二镀层的材料选自不同的材料。特别地，所述第一镀层和所述第二镀层中的一者是单层金属镀层，另一者是多层干涉光变镀层。

优选地，所述第一镀层、所述第二起伏结构层和所述第二镀层构成多层干涉光变镀层，其中，在所述多层干涉光变镀层的任意一侧所述薄膜光学防伪元件均具有干涉光变特征。

可选地，所述第二镀层还邻接有保护层，所述保护层的投影位于所述第一区域。

本发明实施例还提供一种光学防伪元件的制作方法，其特征在于，该制作方法包括：

S1)形成第一起伏结构层，其中，所述第一起伏结构层包括具有第一微结构的第一区域和具有第二微结构的第二区域，所述第一微结构的比体积小于所述第二微结构的比体积；

S2)在所述第一起伏结构层的一侧依次形成第一镀层材料层、形成第二起伏结构层材料层、形成第二镀层材料层和形成保护层材料层；

S3)将步骤S2)形成的半成品置于能够与所述第一镀层材料层反应的腐蚀氛围中，直到所述第一镀层材料层和所述第二镀层材料层位于所述第二区域的部分镀层材料层被完全或者部分去除为止，并仅在所述第一区域内至少留有层叠的第一镀层和第二镀层，其中，所述第一镀层和所述第二镀层分别为所述第一镀层材料层和所述第二镀层材料层位于所述第一区域内未被去除的部分镀层材料层。

优选地，步骤S2)中形成第二起伏结构层材料层后，还对所述第二起伏结构层材料层位于所述第一区域的部分采用印制工艺进行印制(或称作涂布)，印制完成后形成第二起伏结构层。进一步优选地，步骤S2)中在形成第二起伏结构层之后，所述第二起伏结构层具有平坦或者基本平坦的结构；或者，步骤S2)中在形成第二起伏结构层之后，投影位置相同的第二起伏结构层的表面结构与第一起伏结构层的表面结构具有相同的横向分布，并且所述第二起伏结构层的表面结构相比所述第一起伏结构层的表面结构更为平坦；或者，步骤S2)中在形成第二起伏结构层之后，进行模压形成显著不同于所述第一微结构或所述第二微结构的微结构。

通过上述技术方案，可以得到提高视觉效果和防伪能力的光学防伪元件，即该防伪元件两侧观察第一区域分别具有第一起伏结构层和第二起伏结构层的光学微结构形成的图像，并且第一起伏结构层的微结构形成的图像(即第一区域)与镂空区域(即第二区域)严格对位。

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1为本发明实施例的示例性光学防伪元件的不同侧观察呈不同光学效果的对照示意图；

图2为本发明实施例的示例性光学防伪元件沿X-X标记方向的示例性元件剖视图；

图3为本发明实施例制造光学防伪元件过程中在基材上形成第一起伏结构层后的示例性元件剖视图；

图4为本发明实施例制造光学防伪元件过程中在第一起伏结构层上形成第一镀层材料层后的示例性元件剖视图；

图5为本发明实施例制造光学防伪元件过程中在第一镀层材料层上形成第二起伏结构层材料层后的示例性元件剖视图；

图6为本发明实施例制造光学防伪元件过程中在第二起伏结构层材料层上形成第二镀层材料层的示例性元件剖视图；

图7为本发明实施例制造光学防伪元件过程中在第二镀层材料层上形成保护层材料层后的示例性元件剖视图；

图8为本发明实施例制造光学防伪元件过程中半成品经过腐蚀氛围腐蚀后的示例性元件剖视图。

附图标记说明

1基材 2第一起伏结构层

3第一镀层 4第二起伏结构层

5第二镀层 6保护层

7其他功能涂层

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。

图1的(a)部分和(b)部分分别示出本发明的实施方式的一种光学防伪元件在第一侧和第二侧观察呈现的效果对照示意图。图2是沿着图1所示的光学元件的X-X线的一种可能的剖视图。如图1所示，在第一侧可以观察到特定的光学微结构形成的图像(例如，如图1的(a)部分所示的具有三维浮雕效果的字母“PY”)，图像周围为透明的镂空区域，且镂空区域精准的沿着图像的边缘延伸。从第二侧观察，在第一侧图像形成的轮廓范围内，可以看到跟第一侧光学微结构不同的另一种光学效果(例如，如图1的(b)部分所示的在字母“PY”轮廓范围内呈现的彩虹全息效果)，且这一光学效果与镂空区域没有位置上的严格对位关系。该防伪元件两侧观察具有不同的光学微结构形成的图像，并且其中第一侧的微结构形成的光学图像与镂空区域严格对位，这样的光学元件具有很好的视觉效果和防伪能力。

从结构上讲，如图2所示，所述光学防伪元件至少包括：第一起伏结构层2，所述第一起伏结构层2至少包括由第一微结构组成的第一区域A和由第二微结构组成的第二区域B，所述第一微结构的比体积小于第二微结构的比体积；位于第一区域A的同型覆盖于第一起伏结构层2上的第一镀层3；第二起伏结构层4，所述第二起伏结构层4的表面形状不同于第一起伏结构层2的表面形状；位于第一区域A的同型覆盖于第二起伏结构层4上的第二镀层5。从第一侧(下方)观察，位于第一区域A的第一镀层3即呈现具有三维浮雕效果的字母“PY”，从第二侧(上方)观察，位于第一区域A的第二镀层5呈现以字母“PY”为轮廓的彩虹全息特征。一般地，第一镀层3和第二镀层5选自相同的镀层材料。例如，第一镀层3和第二镀层5均为铝层。为进一步增加两侧镀层的不同而引入的镀层特征，第一镀层3和第二镀层5也可以选择不同的镀层材料。例如，第一镀层3为铝层，第二镀层5为铜层，则第一侧观察为银色特征，第二侧观察为红色特征。再如，第一镀层3为铝层，第二镀层5为多层干涉光变镀层，则第一侧观察为银色特征，第二侧观察为干涉光变特征，即随着观察角度的不同，图像呈现不同的颜色。再如，第一镀层3、第二起伏结构层4、第二镀层5本身构成一组多层干涉光变镀层，如第一镀层3、第二起伏结构层4、第二镀层5分别作为多层光变镀层的反射层、介电层、吸收层，则第一侧观察为反射层本身呈现的单层镀层特征，第二侧观察为干涉光变特征。光学防伪元件还可以包括：基材1，以提供对其他材料的支撑；保护层6，以提供镂空工序中对第一区域A的镀层的保护；其他功能涂层7，以实现其他辅助功能，例如对被保护产品的粘接。

下面结合图3至图8详细描述根据本发明的实施方式的制造方法制造图2所示的光学防伪元件的制造过程。为叙述简洁起见，第一镀层3选择为单一金属镀层，第二镀层5选择为多层干涉光变镀层。

S1、在基材1的表面上形成第一起伏结构层2，所述第一起伏结构层2至少包括由第一微结构组成的第一区域A和由第二微结构组成的第二区域B，所述第一微结构的比体积小于第二微结构的比体积，如图3所示。

基材1可以是至少局部透明的，也可以是有色的介电层，还可以是表面带有功能涂层的透明介质薄膜，还可以是经过复合而成的多层膜。基材1一般由耐物化性能良好且机械强度高的薄膜材料形成，例如，可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜及聚丙烯(PP)薄膜等塑料薄膜形成基材1，而且基材1优选由PET材料形成。基材1上可以含有粘结增强层，以增强基材1与起伏结构层2的粘结。基材1上也可以含有剥离层，以实现最终产品基材1与起伏结构层2的分离。

起伏结构层2可以通过紫外浇铸、模压、纳米压印等加工方式进行批量复制形成。例如，起伏结构层2可以由热塑性树脂通过模压工艺形成，即预先印制在基材1上的热塑性树脂在经过高温的金属模版时，受热而软化变形，从而形成特定的起伏结构，之后冷却成型。起伏结构层2也可以采用辐射固化浇铸工艺形成，即通过将辐射固化树脂印制在基材1上，一边将原版推压于其上，一边照射紫外线或电子束等放射线，使上述材料固化，然后取下原版从而形成起伏结构层2。

为实现后续镂空的需要，所述第二微结构的比体积大于第一微结构的比体积。优选地，所述第一微结构的比体积大于等于0um³/um²，小于0.5um³/um²，第二微结构的比体积大于0.4um³/um²，小于3um³/um²。所述第一微结构、第二微结构均可以为周期性结构或非周期性结构中的一种或组合，结构为正弦型结构、矩形光栅结构、梯形光栅结构、闪耀光栅结构、弧形光栅结构中的一种或者组合。第一微结构的尺寸以及横向排布由所需的光学效果决定。第一微结构也可以选自平坦结构。一般地，第二微结构仅为镂空所需，不提供额外的光学效果，因此可以简化，比如是一维排布的、截面为底10um和高4um的等腰三角形(即比体积为2um³/um²)的闪耀光栅。

S2、在起伏结构层2上形成用于获得第一镀层3的材料层(第一镀层材料层)，如图4所示。

本实施例中，第一镀层3选择为单一金属反射镀层。金属反射镀层的作用是提高微结构形成光学效果的亮度。金属反射镀层的材料可以是Al、Cu、Ni、Cr、Ag、Fe、Sn、Au、Pt等中一种金属、至少两种组合的混合物或合金，由于铝的成本低廉、亮度高且易于与酸液和碱液反应而去除，因此优选为铝。金属反射镀层的厚度一般选择大于10nm且小于80nm，优选大于20nm且小于50nm。金属反射镀层太薄，则亮度不够；金属反射镀层太厚，则与起伏结构层的牢度不好，且成本上升。

第一镀层3一般可以通过物理和/或化学气相沉积的方法形成在起伏结构层2上，例如包括但不限于热蒸发、磁控溅射、MOCVD等。优选地，第一镀层3以均匀的表面密度、以同形覆盖的方式形成在起伏结构层2上。

S3、形成用于获得第二起伏结构层4的材料层(第二起伏结构层材料层)，如图5所示。

位于第一区域A的第二起伏结构层4的表面形状至少局部区域与第一起伏结构层2的表面形状不同。为实现这一目的，可以有多种方法。例如，第一种，选择合适的第二起伏结构层4印制的量，使得第二起伏结构层4印制之后，在第一区域A自然流平形成平坦或者基本平坦的结构；第二种，选择合适的第二起伏结构层4印制的量，使得第二起伏结构层4印制之后，在第一区域A自然形成的表面结构与对应位置(例如在基材1上的投影相同的对应位置)的第一起伏结构层2的表面结构具有相同的横向分布，但相比后者更为平坦化；第三种，第二起伏结构层4印制之后，进行模压，在第一区域A形成明显不同于第一起伏结构层2的微结构；第四种，第二起伏结构层4含有微型颗粒，烘干成膜之后，在第一区域A形成表面凹凸不平的结构。图5示出的是第二起伏结构层4印制之后，经模压形成的半成品结构图(即上述第三种方法)。第二起伏结构层4材料可以选自丙烯酸酯、氨基甲酸酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯等有机化合物。在第二区域B，第二起伏结构层4的单位面积上的印制的量应明显小于第一起伏结构层2的第二微结构的比体积，即第二起伏结构层4印制之后，仍然具有第一起伏结构层2的基本的起伏形状。

S4、形成用于获得第二镀层5的材料层(第二镀层材料层)，如图6所示。

本实施例，第二镀层5选择多层干涉光变镀层。典型地，多层干涉光变镀层5由吸收层、介电层、反射层构成。从吸收层一侧观察，多层干涉光变镀层在不同的角度观察呈现不同的颜色特征，因此，多层干涉光变镀层的形成顺序一般是反射层、介电层、吸收层。反射层一般为较厚的金属材料，反射性好，透视观察呈现不透明或者基本不透明特征；介电层一般为完全透明或者基本完全透明的化合物材料；吸收层一般为较薄的金属材料，透光呈现半透明特征。所述反射层可以由铝、银、铜、锡、铬、镍、钛中一种或至少两种组合构成，由于铝成本较低且易于被酸液或者碱液去除，因此优选为铝；所述介电层可以由MgF2、SiO2、ZnS、TiN、TiO2、TiO、Ti2O3、Ti3O5、Ta2O5、Nb2O5、CeO2、Bi2O3、Cr2O3、Fe2O3、HfO2或ZnO中一种构成或至少两种混合构成；所述吸收层可以由镍、铬、铝、银、铜、锡、钛中一种或至少两种组合构成。反射层的厚度一般选择10nm-80nm，优选20nm-50nm。吸收层的厚度一般为3nm-10nm。介电层52的厚度由所需的光变颜色特征决定，一般为200nm-600nm。

S5、形成用于获得保护层6的材料层(保护层材料层)，如图7所示。

一般地，可以采用印制工艺形成保护层材料层。印制保护层的量需满足保护层材料层在第一区域A的最小厚度明显大于在第二区域B的最小厚度。保护层材料层在微结构的最小厚度一般位于微结构的最顶部。这样，保护层材料层对第一区域A的镀层的保护作用，要明显高于对第二区域B的镀层的保护作用。保护层材料层在单位面积上的印制量一般大于0.1g/m²，小于0.6g/m²。保护层材料层的印制之前的粘度越小越有利于流平，因此，保护胶液的粘度一般要小于100cP，优选小于50cP。就保护层6或保护层材料层的成分而言，可以是以聚酯、聚氨酯、丙烯酸树脂或者其组合为主树脂的清漆或者油墨。

S6、将S5获得的多层体置于能够与第一镀层3反应的腐蚀氛围中，直到位于第二区域B的第一镀层3和第二镀层5被完全或者部分去除为止，如图8所示。

如前所述，保护层6对第一区域A的镀层的保护作用，要明显高于对第二区域B的镀层的保护作用。因此，在一定的时间内，腐蚀氛围会通过第二区域B的保护层的脆弱点到达并腐蚀下方的镀层；而在此时间内，保护层6对第一区域A的镀层形成有效的保护。一般地，只要求第一镀层3能和腐蚀氛围反应即可。第二区域B上的第一镀层3被腐蚀后，第一镀层3上的第二起伏结构层4、第二镀层5、保护层6也随之浮脱。这样便获得了精确位于第一区域A的第一镀层3和第二镀层5。如果第一镀层3为铝或者含有铝的镀层，则腐蚀氛围可以是酸液或者碱液。

至此，便获得了第一侧观察第一区域A呈现第一起伏结构层2和第一镀层3结合的光学特征、以及第二侧观察第一区域A呈现第二起伏结构层4和第二镀层5结合的光学特征的光学防伪元件半成品。

制作图2所示光学防伪元件的方法，一般还包括，在S6步骤后，印制其他功能涂层7，比如抗老化胶，以起到对光学镀层保护的作用，和/或者热熔胶，以起到与其他基材粘接的作用。

本发明实施例的光学防伪元件可制造成为标签、宽条、或安全线，产品应用包括钞票、有价证券、护照、税票等。

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。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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

1.一种薄膜光学防伪元件，其特征在于，所述薄膜光学防伪元件包括：

第一起伏结构层(2)；

所述第一起伏结构层(2)包括具有第一微结构的第一区域(A)和具有第二微结构的第二区域(B)，所述第一微结构的比体积小于所述第二微结构的比体积；

所述第一起伏结构层(2)一侧有依次层叠的第一镀层(3)、第二起伏结构层(4)和第二镀层(5)，所述第二起伏结构层(4)是印制形成的；

所述第一镀层(3)和所述第二镀层(5)均位于所述第一区域(A)而不位于所述第二区域(B)，且所述第一镀层(3)和所述第二镀层(5)至少局部具有不同的表面起伏形状；

所述第一镀层(3)和所述第二镀层(5)中的两者均是单层金属镀层，或者

所述第一镀层(3)和所述第二镀层(5)中的一者是单层金属镀层，另一者是多层干涉光变镀层。

2.根据权利要求1所述的薄膜光学防伪元件，其特征在于，

所述第二镀层(5)的表面起伏形状是平坦的或者基本平坦的。

3.根据权利要求1所述的薄膜光学防伪元件，其特征在于，

所述第一镀层(3)和所述第二镀层(5)的材料选自不同的材料。

4.根据权利要求1所述的薄膜光学防伪元件，其特征在于，

所述第一镀层(3)、所述第二起伏结构层(4)和所述第二镀层(5)构成多层干涉光变镀层，其中，在所述多层干涉光变镀层的任意一侧所述薄膜光学防伪元件均具有干涉光变特征。

5.根据权利要求1所述的薄膜光学防伪元件，其特征在于，

所述第二镀层(5)还邻接有保护层(6)，所述保护层(6)的投影位于所述第一区域(A)。

6.一种光学防伪元件的制作方法，其特征在于，该制作方法包括：

S2)在所述第一起伏结构层的一侧依次形成第一镀层材料层、印制形成第二起伏结构层材料层、形成第二镀层材料层和形成保护层材料层；

S3)将步骤S2)形成的半成品置于能够与所述第一镀层材料层反应的腐蚀氛围中，直到所述第一镀层材料层和所述第二镀层材料层位于所述第二区域的部分镀层材料层被完全或者部分去除为止，并仅在所述第一区域内至少留有层叠的第一镀层和第二镀层，

其中，所述第一镀层和所述第二镀层分别为所述第一镀层材料层和所述第二镀层材料层位于所述第一区域内未被去除的部分镀层材料层，

所述第一镀层和所述第二镀层中的两者均是单层金属镀层，或者

所述第一镀层和所述第二镀层中的一者是单层金属镀层，另一者是多层干涉光变镀层。

7.根据权利要求6所述的光学防伪元件的制作方法，其特征在于，

步骤S2)中形成第二起伏结构层材料层后，还对所述第二起伏结构层材料层位于所述第一区域的部分采用印制工艺进行印制，印制完成后形成第二起伏结构层。

8.根据权利要求7所述的光学防伪元件的制作方法，其特征在于，

步骤S2)中在形成第二起伏结构层之后，所述第二起伏结构层具有平坦或者基本平坦的结构。

9.根据权利要求7所述的光学防伪元件的制作方法，其特征在于，

步骤S2)中在形成第二起伏结构层之后，投影位置相同的第二起伏结构层的表面结构与第一起伏结构层的表面结构具有相同的横向分布，并且所述第二起伏结构层的表面结构相比所述第一起伏结构层的表面结构更为平坦。

10.根据权利要求7所述的光学防伪元件的制作方法，其特征在于，

步骤S2)中在形成第二起伏结构层之后，进行模压形成显著不同于所述第一微结构或所述第二微结构的微结构。