CN112572018B - 多层体光学防伪元件及其制作方法 - Google Patents

多层体光学防伪元件及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多层体光学防伪元件及其制作方法，属于光学防伪技术领域。所述光学防伪元件包括：所述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，所述第二微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积；所述起伏结构层一侧有依次层叠的第一镀层、介电层、第二镀层和保护层；所述第一镀层和所述介电层位于所述第一区域且位于所述第二区域，所述第二镀层和所述保护层位于所述第一区域而不位于所述第二区域；其中，所述第一镀层、所述介电层和所述第二镀层构成功能镀层组，所述功能镀层组和所述第一微结构在所述第一区域内具有结合的光学特征，所述第一镀层和所述第二微结构在所述第二区域内具有结合的光学特征。

Description

多层体光学防伪元件及其制作方法
技术领域
本发明涉及光学防伪技术领域，具体地涉及一种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、信用卡、护照、有价证券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。
在各种光学防伪技术中，微结构形成的光学效果包括衍射、非衍射等效果因亮度高、动感效果明显而得到了广泛应用。微结构光学防伪技术为了增加图像的亮度，一般采用金属反射层，比如铝。其中，目前应用于光学薄膜的最为广泛的光学防伪技术——全息技术即是利用微结构形成的衍射效果而发展的光学技术。第五套1999版的5元、10元、20元、50元、100元人民币的防伪线就采用了全息技术。另外，多层功能镀层组技术因在不同的观察视角下具有出强烈的光学变色效果，或者反射和透射观察具有明显的变色效果而越来越受到人们的重视。前者一般称为多层干涉光变技术。经典的多层干涉镀层一般采用由反射层、介电层和吸收层构成的三明治式法伯罗干涉腔结构。反射层一般采用高亮度的金属材料制备，介电层一般采用透明的无机或者有机材料制备，吸收层也称半透明层，一般采用较薄的吸收性好的金属材料制备。第五套2015版100元人民币安全线就是采用了多层干涉光变技术，正视观察为品红色，倾斜观察为绿色。
如果将光学微结构和高亮度的金属反射层特征以及多层功能镀层组特征集成到同一光学防伪元件中，则可以大大增强光学防伪效果。专利申请CN 200980104829.3提出通过局部印刷镂空工艺实现了多层干涉光变镀层和高亮度金属反射层相集成的光学防伪产品的制备，即部分区域具有多层干涉光变特征，部分区域具有高亮度金属反射层光学特征；并且进一步地，其他区域则具有透视镂空效果。然而，该专利申请中三个区域的相互对位精度取决于印刷的精度，而印刷的精度一般在100um以上，在一定程度上限制了高端防伪光学产品中的应用。
因此，制作同时具有高亮度金属反射层特征、多层干涉光变特征，并且两个特征区域彼此定位零误差的光学防伪元件，具有重要的意义。进一步地，如果光学防伪元件进一步集成镂空特征，且镂空区域和图像区域也零误差定位，则会进一步提高产品的抗伪造性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层体光学防伪元件及其制作方法。从光学防伪元件的第一侧或/和第二侧观察时，同时具有高亮度金属反射层特征和多层功能镀层组(尤其是干涉光变镀层)特征，则设有光学防伪元件的产品具有优异的综合集成防伪性能。进一步地，如果该光学防伪元件进一步集成镂空特征，且镂空区域和图像区域也零误差定位，则会进一步提高该产品的抗伪造性能。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种光学防伪元件，从结构上讲，所述光学防伪元件含有基材，基材的第一侧面具有起伏结构层，所述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，所述第二微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积；所述起伏结构层一侧有依次层叠的第一镀层、介电层、第二镀层和保护层；所述第一镀层和所述介电层位于所述第一区域且位于所述第二区域，所述第二镀层和所述保护层位于所述第一区域而不位于所述第二区域；其中，所述第一镀层、所述介电层和所述第二镀层构成功能镀层组，所述功能镀层组和所述第一微结构在所述第一区域内具有结合的光学特征，所述第一镀层和所述第二微结构在所述第二区域内具有结合的光学特征。由于反射观察呈现的两个图像区域(第一区域和第二区域)是由微结构确定的，因而具有定位零误差特征。
这里提到的起伏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在水平面上的投影面积的比值；本发明还涉及另一重要的物理量，即起伏结构的深宽比，它是指起伏结构的深度与宽度(或周期性结构的周期)的比值；按照此定义，深宽比是一无量纲的物理量，比体积的量纲为um3/um2；按照此定义，平坦结构看做是深宽比为零，且比体积为零的起伏结构；深宽比和比体积是两个在数量上没有直接关系的物理量；比如，A结构为深度1um、周期1um的一维锯齿形光栅，则其深宽比为1，比体积为0.5um3/um2；B结构为深度2um、周期4um的一维锯齿形光栅，则其深宽比为0.5，比体积为1um3/um2；也就是说，A结构的深宽比大于B结构的深宽比，而B结构的比体积大于A结构的比体积；第一微结构和第二微结构的比体积的差别，是实现第二区域的第二镀层材料层得以去除的基础；基于比体积的差别实现特定微结构上的镀层的精准去除，将在具体实施部分进一步阐述。
一般地，所述第一微结构或所述第二微结构为周期性结构或和周期性结构中一种结构或组合结构；所述第一微结构或所述第二微结构的横截面结构为正弦型结构、矩形光栅结构、梯形光栅结构、闪耀光栅结构和弧形光栅结构中任意一种结构或者至少任意两种结构构成的组合结构。
优选地，所述第一微结构的比体积大于等于0um3/um2且小于0.5um3/um2；所述第二微结构的比体积大于0.4um3/um2且小于3um3/um2。
优选地，所述第一镀层与所述起伏结构层相邻接。
优选地，所述第一镀层或所述第二镀层的材料为镍、铬、铝、银、铜、锡和钛中任意一种金属或至少任意两种金属组合构成的合金；所述介电层的材料为氟化镁、二氧化硅、硫化锌、氮化钛、二氧化钛、一氧化钛、三氧化二钛、五氧化三钛、五氧化二钽、五氧化二铌、二氧化铈、三氧化二铋、氧化铬绿、氧化铁、氧化铪和氧化锌中任意一种化合物或至少任意两种化合物构成的混合物。
优选地，所述功能镀层组为多层干涉光变镀层，在所述多层干涉光变镀层的任意一侧所述光学防伪元件均具有干涉光变特征。
进一步地，为了让产品可以具有精准定位的镂空特征，此时，所述起伏结构层还包括具有第三微结构的第三区域，所述第三微结构的深宽比大于所述第二微结构的深宽比，且所述第三微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积；所述第一镀层和所述第二镀层不位于所述第三区域；所述光学防伪元件在所述第三区域具有镂空特征。第三微结构和第一微结构比体积的差别、以及第三微结构和第二微结构深宽比的差别，是实现第三区域的第一镀层和第二镀层均被去除的基础。基于深宽比的差别实现特定微结构上的镀层的精准去除，将在具体实施部分进一步阐述。优选地，所述第三微结构的深宽比大于0.2，小于1；所述第二微结构的深宽比大于0，小于0.3；所述第三微结构的比体积大于0.4um3/um2，小于3um3/um2。
本发明实施例还提供一种光学防伪元件的制作方法，该制作方法包括：
S1)形成起伏结构层，其中，所述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，所述第二微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积；
S2)在所述起伏结构层的一侧依次形成层叠的第一镀层材料层、介电层材料层、第二镀层材料层和保护层材料层；
S3)将步骤S2)的半成品置于能够与所述第二镀层材料层反应的氛围中，直到位于所述第二区域的第二镀层材料层的部分或者全部被去除为止，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S1)中的起伏结构层还包括具有第三微结构的第三区域，所述第三微结构的深宽比大于所述第二微结构的深宽比，所述第三微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积。
优选地，该制作方法还包括：S4)将步骤S3)的半成品置于能够与所述第一镀层材料层反应的氛围中，直到位于所述第三区域的第一镀层材料层和第二镀层材料层被部分或全部去除。
优选地，步骤S3)中的第一镀层或/和第二镀层含有铝层；
步骤S3)中的能够与所述第一镀层材料层或/和所述第二镀层材料层反应的氛围选择酸液和/或碱液。
优选地，该制作方法还包括：施加无机或者有机的镀层或者涂层工序，以实现其他的光学防伪功能或者辅助功能。
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为本发明实施例的第一种示例性光学防伪元件的俯视图；
图2为本发明实施例的第一种示例性光学防伪元件沿X-X方向的一种可能的剖面图；
图3为本发明实施例的制作第一种示例性光学防伪元件过程中形成起伏结构层后的示例性元件剖视图；
图4为本发明实施例的制作第一种示例性光学防伪元件过程中形成功能镀层组后的示例性元件剖视图；
图5为本发明实施例的制作第一种示例性光学防伪元件过程中形成保护层后的示例性元件剖视图；
图6为本发明实施例的制作第一种示例性光学防伪元件过程中经过腐蚀氛围后的示例性元件剖视图；
图7为本发明实施例的第二种示例性光学防伪元件的俯视图；
图8为本发明实施例的第二种示例性光学防伪元件沿X-X方向的一种可能的剖面图；
图9为本发明实施例的制作第二种示例性光学防伪元件过程中形成起伏结构层后的示例性元件剖视图；
图10为本发明实施例的制作第二种示例性光学防伪元件过程中形成功能镀层组后的示例性元件剖视图；
图11为本发明实施例的制作第二种示例性光学防伪元件过程中形成保护层后的示例性元件剖视图；
图12为本发明实施例的制作第二种示例性光学防伪元件过程中经过腐蚀氛围后的示例性元件剖视图；
附图标记说明
1 基材 2 起伏结构层
31 第一镀层 32 介电层
33 第二镀层 3 功能镀层组
4 保护层
5 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。
实施例一
如图1，该光学防伪元件含有第一区域A和第二区域B，第一区域A具有第一光学微结构和功能镀层组结合的光学特征，第二区域B具有第二光学微结构和第一镀层结合的光学特征。两个区域彼此严格定位。图像的局部线条可以非常精细，例如，小于50um。典型地，功能镀层组为多层干涉光变镀层，第一镀层为金属反射镀层(例如铝层)，这样，第一区域A呈现干涉光变特征，第二区域B呈现普通金属反射镀层特征。
如图2，光学防伪元件含有基材1，起伏结构层2，第一镀层31，介电层32，第二镀层33，保护层4，其他功能涂层5。第一镀层31、介电层32、第二镀层33构成了功能镀层组3。基材1和起伏结构层2通常由透明材料构成。所述起伏结构层2包括由第一微结构组成的第一区域A、由第二微结构组成的第二区域B，所述第二微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积。第一区域A上设置有由第一镀层31、介电层32、第二镀层33构成的功能镀层组3，第二区域B上设置有第一镀层31和介电层32。通常介电层32为无色透明材料，在第二区域B不提供特殊的光学效果。从防伪元件的上方或/和下方观察，第一区域A呈现第一微结构和功能镀层组3结合的光学特征，第二区域B呈现第二微结构和第一镀层31结合的光学特征。如果第一镀层31半透明、第二镀层33不透明或者基本不透明，则该光学防伪元件须从下方观察；如果第一镀层31不透明或者基本不透明、第二镀层33半透明，则该光学防伪元件须从上方观察；如果第一镀层31和第二镀层33均为半透明，则该光学防伪元件既可以从下方也可以从上方观察。功能镀层组3邻接有保护层4。保护层4为制作过程中的自然产物，一般不提供额外的光学效果。特别地，在第一区域A，第一镀层31、介电层32、第二镀层33分别作为反射层、介电层、吸收层，并组合构成了一组多层干涉光变镀层，即第一区域A具有第一微结构和多层干涉光变镀层结合的防伪特征；而第二区域B具有第二微结构和传统反射层结合的防伪特征。其他功能涂层5可以根据需要来设置，比如，起与被保护的主产品粘合作用的粘结层。
下面结合图3至图6对根据本发明的制备如图2所示的光学防伪元件的方法进行描述，该方法包括步骤S1至S4。为叙述简洁起见，功能镀层组3选择为多层干涉光变镀层，第一镀层31、介电层32、第二镀层33分别作为反射层、介电层、吸收层。
S1、在基材1的第一侧面上形成起伏结构层2，所述起伏结构层2至少包括由第一微结构组成的第一区域A、由第二微结构组成的第二区域B，所述第二微结构的比体积大于第一微结构的比体积，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，即预先涂布在基材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涂布在基材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。
为实现后续去除镀层的需要，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。
所述第一微结构或所述第二微结构为周期性结构或和周期性结构中一种结构或组合结构；所述第一微结构或所述第二微结构的横截面结构为正弦型结构、矩形光栅结构、梯形光栅结构、闪耀光栅结构和弧形光栅结构中任意一种结构或者至少任意两种结构构成的组合结构。第一微结构和第二微结构的尺寸以及横向排布由所需的光学效果决定。第一微结构可以选择为平坦结构。
S2、在起伏结构层2上形成由第一镀层31材料层、介电层32材料层、第二镀层33材料层构成的功能镀层组3，如图4所示。
本实施例中，功能镀层组3选择为多层干涉光变镀层，第一镀层31、介电层32、第二镀层33分别作为反射层、介电层、吸收层，即第一镀层31为不透明或者基本不透明，第二镀层33为半透明。
第一镀层31的作用是作为干涉光变镀层中的反射层。第一镀层31的材料可以是Al、Cu、Ni、Cr、Ag、Fe、Sn、Au和Pt中任意一种金属、至少两种金属的混合物或合金。第一镀层31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31一般可以通过物理和/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31以均匀的表面密度、以同型覆盖的方式形成在起伏结构层2上。
介电层32提供法伯罗干涉腔中介质层的作用。介电层32一般采用气相沉积的方法形成，材料可以选自MgF2、Sn、Cr、ZnS、ZnO、TiO2、MgO、SiO2或者他们的混合物。气相沉积之后，介电层32的表面形貌和第一镀层的形貌同型或者基本同型。介电层32的厚度由最终干涉光变镀层所需的效果决定，一般大于100nm，小于600nm。
第二镀层33的作用是作为干涉光变镀层中的吸收层。吸收层一般为较薄的金属材料，透光呈现半透明特征。第二镀层33可以由铝、银、铜、锡、铬、镍和钛中任意一种金属或至少两种金属的合金构成，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。第二镀层33一般通过气相沉积的方法形成。气相沉积之后，第二镀层33的表面形貌和第一镀层31以及介电层32的形貌同型或者基本同型。第二镀层33的厚度一般大于2nm，小于10nm。
S3、在功能镀层组3上形成保护层4材料层，如图5所示。
保护层4一般采用采用印制工艺形成。由于起伏结构层2上的第一微结构的比体积小于第二微结构的比体积，而功能镀层组3一般以同型覆盖的方式形成于起伏结构层2上，因此，第一区域A的功能镀层组表面的微结构的比体积仍然小于第二区域B的功能镀层组表面的微结构的比体积。可以选择合适的保护层4的印制量，使得保护层4在第一区域A的功能镀层组的表面微结构的最小厚度明显大于在第二区域B的功能镀层组的表面微结构的最小厚度。保护层4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4对第一区域A的功能镀层组的保护作用，要明显高于对第二区域B的功能镀层组的保护作用。一般要求保护层4在单位面积上的涂布量大于0.1g/m2，小于1g/m2。保护层4的涂布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4的成分而言，可以是以聚酯、聚氨酯和丙烯酸树脂中任意一种或者任意至少两种组合为主树脂的清漆或者油墨。
S4、将S3获得的多层结构体置于能够与第二镀层33的材料反应的氛围中，直到位于第二区域B的第二镀层材料层的部分或者全部被去除为止，如图6所示。
如前所述，保护层4对第一区域A的功能镀层组的保护作用，要明显高于对第二区域B的功能镀层组的保护作用。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第二镀层33；而在此时间内，保护层4对第一区域A的第二镀层形成有效的保护。一般地，介电层32不与腐蚀氛围发生作用，即介电层32可以对第一镀层31形成有效的保护。这样便获得了精确位于第一区域A的功能镀层组3，和精确位于第二区域B的第一镀层31。如果第二镀层33为铝或者含有铝的镀层，则腐蚀氛围可以是酸液或者碱液。通常，第二区域B上的第二镀层材料层被腐蚀后，镀层上的保护层也随之浮脱。有时，第二区域B上的第二镀层材料层被腐蚀后，镀层上的保护层可能部分甚至全部残留在多层体上，这并不影响后续工序的实施。
至此，便获得了具有在第一区域A内功能镀层组3所呈现的光学特征和在第二区域B内第一镀层31所呈现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S4步骤后，涂布其他功能涂层5，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。
实施例二
如图7，该光学防伪元件含有第一区域A、第二区域B和第三区域C，第一区域A具有第一光学微结构和功能镀层组结合的光学特征，第二区域B具有第二光学微结构和第一镀层结合的光学特征，第三区域C透视观察具有镂空特征。三个区域彼此严格定位，例如图7所示的镂空区域C严格位于第二区域B的边界。图像或者镂空的线条往往非常精细，例如，小于50um。典型地，功能镀层组为多层干涉光变镀层，第一镀层为金属反射镀层(例如铝层)，这样，第一区域A呈现干涉光变特征，第二区域B呈现普通金属反射镀层特征。
如图8，光学防伪元件含有基材1，起伏结构层2，第一镀层31，介电层32，第二镀层33，保护层4，其他功能涂层5。第一镀层31、介电层32、第二镀层33构成了功能镀层组3。基材1和起伏结构层2通常由透明材料构成。所述起伏结构层2包括由第一微结构组成的第一区域A、由第二微结构组成的第二区域B、以及由第三微结构组成的第三区域C，所述第二微结构的比体积大于第一微结构的比体积，第三微结构的比体积大于第一微结构的比体积，且第三微结构的深宽比大于第二微结构的深宽比。第一区域A上设置有由第一镀层31、介电层32、第二镀层33构成的功能镀层组3，第二区域B上设置有第一镀层31和介电层32，第三区域C上不设置第一镀层31和第二镀层33。通常介电层32为无色透明材料，在第二区域B不提供特殊的光学效果。从该光学防伪元件的上方或/和下方观察，第一区域A呈现第一微结构和功能镀层组3结合的光学特征，第二区域B呈现第二微结构和第一镀层31结合的光学特征。由于不设置第一镀层31和第二镀层33，该光学防伪元件透射观察时，第一区域C具有镂空特征。功能镀层组3邻接有保护层4。保护层4为制作过程中的自然产物，一般不提供额外的光学效果。特别地，在第一区域A，第一镀层31、介电层32、第二镀层33分别作为反射层、介电层、吸收层构成了一组多层干涉光变镀层，即第一区域A具有第一微结构和多层干涉光变镀层结合的防伪特征；而第二区域B具有第二微结构和普通反射层结合的防伪特征。其他功能涂层5可以根据需要来设置，比如，起与被保护的主产品粘合的粘结层。
下面结合图9至图12对根据本发明的制备如图7所示的光学防伪元件的方法进行描述，该方法包括步骤S1’至S4’。为叙述简洁起见，功能镀层组3选择为多层干涉光变镀层，第一镀层31、介电层32、第二镀层33分别作为反射层、介电层、吸收层。
S1’、在基材1的第一侧面上形成起伏结构层2，所述起伏结构层2包括由第一微结构组成的第一区域A、由第二微结构组成的第二区域B、以及由第三微结构组成的第三区域C，所述第二微结构的比体积大于第一微结构的比体积，第三微结构的比体积大于第一微结构的比体积，且第三微结构的深宽比大于第二微结构的深宽比，如图9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，即预先涂布在基材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涂布在基材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。
为实现后续去除镀层的需要，所述第二微结构的比体积大于第一微结构的比体积，第三微结构的比体积大于第一微结构的比体积，且第三微结构的深宽比大于第二微结构的深宽比。优选地，所述第一微结构的比体积大于等于0，小于0.5um3/um2，第二微结构的比体积大于0.4um3/um2，小于3um3/um2，第三微结构的比体积大于0.4um3/um2，小于3um3/um2；所述第二微结构的深宽比大于0，小于0.3，所述第三微结构的深宽比大于0.2，小于1。对第一微结构的深宽比不做限定，可以根据所需的光学效果进行设置。
所述第一微结构、所述第二微结构或所述第三微结构为周期性结构或和周期性结构中一种结构或组合结构；所述第一微结构、所述第二微结构或所述第三微结构的横截面结构为正弦型结构、矩形光栅结构、梯形光栅结构、闪耀光栅结构和弧形光栅结构中任意一种结构或者至少任意两种结构构成的组合结构。第一微结构和第二微结构的尺寸以及横向排布由所需的光学效果决定。第一微结构可以选择为平坦结构。第三微结构的作用只是用来镂空，一般不提供额外的光学效果，因此可以简化，比如是一维排布的、截面为底边宽10um、高5um的等腰三角形(即深宽比为0.5、比体积为2.5um3/um2)的闪耀光栅。
S2’、在起伏结构层2上形成由第一镀层31材料层、介电层32材料层、第二镀层33材料层构成的功能镀层组3，如图10所示。
本实施例中，功能镀层组3选择为多层干涉光变镀层，第一镀层31、介电层32、第二镀层33分别作为反射层、介电层、吸收层，即第一镀层31为不透明或者基本不透明，第二镀层33为半透明。
第一镀层31的作用是作为干涉光变镀层中的反射层。第一镀层31的材料可以是Al、Cu、Ni、Cr、Ag、Fe、Sn、Au和Pt中任意一种金属、至少两种金属的混合物或合金，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。第一镀层31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31一般可以通过物理和/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31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。
介电层32提供法伯罗干涉腔中介质层的作用。介电层32一般采用气相沉积的方法形成，材料可以选自MgF2、Sn、Cr、ZnS、ZnO、TiO2、MgO、SiO2或者他们的混合物。气相沉积之后，介电层32的表面形貌和第一镀层的形貌同型或者基本同型。介电层32的厚度由最终干涉光变镀层所需的效果决定，一般大于100nm，小于600nm。
第二镀层33的作用是作为干涉光变镀层中的吸收层。吸收层一般为较薄的金属材料，透光呈现半透明特征。第二镀层33可以由铝、银、铜、锡、铬、镍和钛中任意一种金属或至少两种金属的合金构成，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。第二镀层33一般通过气相沉积的方法形成。气相沉积之后，第二镀层33的表面形貌和第一镀层31以及介电层32的形貌同型或者基本同型。第二镀层33的厚度一般大于2nm，小于10nm。
S3’、在功能镀层组3上形成保护层4材料层，如图11所示。
保护层4一般采用采用印制工艺形成。由于起伏结构层2上的第一微结构的比体积小于第二微结构和第三微结构的比体积，而功能镀层组3一般以同型覆盖的方式形成于起伏结构层2上，因此，第一区域A的功能镀层组表面的微结构的比体积仍然小于第二区域B和第三区域C的功能镀层组表面的微结构的比体积。可以选择合适的保护层4的印制量，使得保护层4在第一区域A的功能镀层组的表面微结构的最小厚度明显大于在第二区域B和第三区域C的功能镀层组的表面微结构的最小厚度。保护层4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4对第一区域A的功能镀层组的保护作用，要明显高于对第二区域B和第三区域C的功能镀层组的保护作用。一般要求保护层4在单位面积上的印制量大于0.1g/m2，小于1g/m2。保护层4的涂布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。就保护层的成分而言，可以是以聚酯、聚氨酯、丙烯酸树脂中任意一种或者任意至少两种组合为主树脂的清漆或者油墨。
S4’、将S3’获得的多层结构体置于能够与第一镀层31和第二镀层33的材料反应的氛围中，直到位于第二区域B的第二镀层材料层、第三区域C的第一镀层材料层和第二镀层材料层的部分或者全部被去除为止，如图12所示。
如前所述，保护层4对第一区域A的功能镀层组的保护作用，要明显高于对第二区域B和第三区域C的功能镀层组的保护作用。因此，在一定的时间内，腐蚀氛围会通过第二区域B和第三区域C的保护层的脆弱点到达并腐蚀第二镀层33。由于第三微结构的深宽比大于第二微结构的深宽比，第三区域的介电层比第二区域B的介电层会形成更多的裂缝，因而第三区域C的介电层对其下方的第一镀层材料层的保护作用比第二区域B的介电层对其下方的第一镀层材料层的保护作用较差。因此，在第三区域C，腐蚀氛围腐蚀完第三区域内的第二镀层后，会继续通过介电层的脆弱点腐蚀第一镀层31；在第二区域B，第一镀层31得到了介电层的有效保护得以保留。这样便获得了精确位于第一区域A的功能镀层组，和精确位于第二区域B的第一镀层31；位于第二区域B的第二镀层材料层，和位于第三区域C的功能镀层组被精确去除。如果第一镀层31和第二镀层33为铝或者含有铝的镀层，则腐蚀氛围可以是酸液或者碱液。通常，第二区域B和第三区域C上的第二镀层材料层被腐蚀后，镀层上的保护层也随之浮脱。有时，第二区域B和第三区域C上的第二镀层材料层被腐蚀后，镀层上的保护层可能部分甚至全部残留在多层体上，这并不影响后续工序的实施。
至此，便获得了具有第一区域A内功能镀层组3所呈现的光学特征、第二区域B内第一镀层31所呈现的光学特征和第三区域C内镂空特征的光学防伪元件半成品。
制作图7所示光学防伪元件的方法，一般还包括，在S4’步骤后，涂布其他功能涂层5，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。
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。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 (13)

1.一种光学防伪元件，其特征在于，该光学防伪元件包括：
起伏结构层(2)；
所述起伏结构层(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)，所述第二微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积；
所述起伏结构层(2)一侧有依次层叠的第一镀层(31)、介电层(32)、第二镀层(33)和保护层(4)；
所述第一镀层(31)和所述介电层(32)位于所述第一区域(A)且位于所述第二区域(B)，所述第二镀层(33)和所述保护层(4)位于所述第一区域(A)而不位于所述第二区域(B)；
其中，所述第一镀层(31)、所述介电层(32)和所述第二镀层(33)构成功能镀层组(3)，所述功能镀层组(3)和所述第一微结构在所述第一区域(A)内具有结合的光学特征，所述第一镀层(31)和所述第二微结构在所述第二区域(B)内具有结合的光学特征，所述第一区域(A)和所述第二区域(B)反射观察呈现为两个图像区域，所述两个图像区域彼此严格定位。
2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，
所述第一微结构或所述第二微结构为周期性结构；
所述第一微结构或所述第二微结构的横截面结构为正弦型结构、矩形光栅结构、梯形光栅结构、闪耀光栅结构和弧形光栅结构中任意一种结构或者至少任意两种结构构成的组合结构。
3.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，
所述第一微结构的比体积大于等于0um3/um2且小于0.5um3/um2；
所述第二微结构的比体积大于0.4um3/um2且小于3um3/um2。
4.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，
所述第一镀层(31)与所述起伏结构层(2)相邻接。
5.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，
所述第一镀层(31)或所述第二镀层(33)的材料为镍、铬、铝、银、铜、锡和钛中任意一种金属或至少任意两种金属组合构成的合金；
所述介电层(32)的材料为氟化镁、二氧化硅、硫化锌、氮化钛、二氧化钛、一氧化钛、三氧化二钛、五氧化三钛、五氧化二钽、五氧化二铌、二氧化铈、三氧化二铋、氧化铬绿、氧化铁、氧化铪和氧化锌中任意一种化合物或至少任意两种化合物构成的混合物。
6.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，
所述功能镀层组(3)为多层干涉光变镀层，在所述多层干涉光变镀层的任意一侧所述光学防伪元件均具有干涉光变特征。
7.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，
所述起伏结构层(2)还包括具有第三微结构的第三区域(C)，所述第三微结构的深宽比大于所述第二微结构的深宽比，且所述第三微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积；
所述第一镀层(31)和所述第二镀层(33)不位于所述第三区域(C)；
所述光学防伪元件在所述第三区域(C)具有镂空特征。
8.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其特征在于，
所述第三微结构的深宽比大于0.2且小于1；
所述第二微结构的深宽比大于0且小于0.3；
所述第三微结构的比体积大于0.4um3/um2且小于3um3/um2。
9.一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)形成起伏结构层，其中，所述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，所述第二微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积；
S2)在所述起伏结构层的一侧依次形成层叠的第一镀层材料层、介电层材料层、第二镀层材料层和保护层材料层；
S3)将步骤S2)的半成品置于能够与所述第二镀层材料层反应的氛围中，直到位于所述第二区域的第二镀层材料层的部分或者全部被去除为止，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，所述介电层、所述保护层材料层分别是由所述介电层材料层形成的、由所述保护层材料层形成的，所述介电层位于所述第一区域且位于所述第二区域，所述保护层位于所述第一区域而不位于所述第二区域；
所述第一镀层、所述介电层和所述第二镀层构成功能镀层组，所述功能镀层组和所述第一微结构在所述第一区域内具有结合的光学特征，所述第一镀层和所述第二微结构在所述第二区域内具有结合的光学特征，所述第一区域和所述第二区域反射观察呈现为两个图像区域，所述两个图像区域彼此严格定位。
10.根据权利要求9所述光学防伪元件的制作方法，其特征在于，
步骤S1)中的起伏结构层还包括具有第三微结构的第三区域，所述第三微结构的深宽比大于所述第二微结构的深宽比，所述第三微结构的比体积大于所述第一微结构的比体积。
11.根据权利要求10所述的光学防伪元件的制作方法，其特征在于，该制作方法还包括：
S4)将步骤S3)的半成品置于能够与所述第一镀层材料层反应的氛围中，直到位于所述第三区域的第一镀层材料层和第二镀层材料层被部分或全部去除。
12.根据权利要求11所述的光学防伪元件的制作方法，其特征在于，
步骤S3)中的第一镀层或/和第二镀层含有铝层；
步骤S3)中的能够与所述第一镀层材料层或/和所述第二镀层材料层反应的氛围选择酸液和/或碱液。
13.根据权利要求9至12中任意一项所述的光学防伪元件的制作方法，其特征在于，该制作方法还包括：
施加无机或者有机的镀层或者涂层工序。
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