CN114851745A - 相加式微浮雕立体结构的光学防伪元件、产品及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学防伪元件、产品及制备方法，该光学防伪元件通过在基材的一侧表面设置采用相加叠加形成的微浮雕立体结构层，并在微浮雕立体结构阵列层的表面设置反射介质层，能够提供独特的3D视觉效果，同时生产成本低，且其制备方法能够使生产难度降低，工艺流程简化，进一步降低成本；而且本光学防伪元件的折射率范围为折射率为1.3～1.7，莫尔放大器的成像质量高；而且，由于所述光学防伪元件的微图文层阵列可设为多个不同周期的图文叠加，所以在莫尔放大图像中可显示景深不同的莫尔图像，产生上浮、下沉、上浮+下沉、上浮交错下沉、下沉过渡至上浮的三维立体的莫尔图像，视觉效果更突出，防伪性能更佳。

Description

相加式微浮雕立体结构的光学防伪元件、产品及制备方法

技术领域

本发明属于光学防伪技术领域，具体涉及一种具有相加式微浮雕立体结构的光学防伪元件、产品及制备方法。

背景技术

随着市场经济的快速发展，中高端产品对包装品的表现形式、图文内容以及防伪的要求越来越高。与常用的包装材料相比，动态、立体显示防伪包装材料因其防伪效果佳、仿制难度高、视觉效果好等多方面优势引发了行业的高度关注。微透镜阵列成像技术，作为立体显示的主要技术分类，以其裸眼观看、自由角度而成为超出传统光变图像且新颖的公众防伪技术。微透镜阵列防伪膜同时具有水平视差和垂直视差，观察角度自由，观察者无需任何特殊的观察设备或技巧就可以看到立体图文；且该技术新颖，微图文也无法用传统复制复印方法获得，防伪效果好，即在薄膜表面制作微透镜阵列和与之相匹配的微图文阵列，通过微透镜阵列对微图文阵列的集成成像作用，形成强烈的动感、立体、变换等多种效果，还包括上浮、下沉、平行运动、正交运动、双通道等。

现有的微透镜阵列成像技术所必需的三个要素包括：微透镜阵列、透明基膜、具有与微透镜相近周期的图文阵列，具有一定厚度的基膜能够使透镜焦点聚焦到微图文阵列层，从而利用莫尔放大原理呈现清晰的、动感的图文。

例如：在CN101563640、CN101443692、CN101120139、CN101346244、US5712731、US0034082、US4765656、US4892336、CN 105313529、CN1271106、CN101563640等专利文献中公开了在基膜的同一面或者基膜的双面带有微透镜阵列、图文阵列结构的莫尔放大器。但是申请人发现：这些专利文献中的莫尔放大器存在以下缺陷：

(1)微透镜阵列、微图文阵列的设计周期误差在亚微米级别，因此对准精度要求极高，使得生产难度大增；

(2)在生产过程中，微透镜阵列、图文阵列需要依次分别进行加工，因此工艺流程复杂；

(3)由于焦距的因素存在，因此需要较厚的基膜作为承载体，成本高昂，不利于环保。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够提供独特的3D视觉效果，生产成本低的光学防伪元件，该光学防伪元件的制备方法生产难度降低，工艺流程简化，进一步降低成本，以及应用了该光学防伪元件的产品。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种光学防伪元件的制备方法，包括：

S1.制作微浮雕立体结构阵列：先设计微图文阵列和微透镜阵列，再将设计好的微图文阵列和微透镜阵列进行空间立体架构调制，使微图文阵列和微透镜阵列的不动点基本重合，之后将微图文阵列和微透镜阵列的表面形貌与曲率相加叠加，使微图文阵列叠加在微透镜阵列的表面，得到微浮雕立体结构阵列，并生成微浮雕光刻文件；

S2.制备金属镍版：先根据S1生成的微浮雕光刻文件对光刻玻璃上的感光胶层进行曝光、清洗，得到记录在感光胶层上的微浮雕立体结构阵列A，然后在微浮雕立体结构阵列A的表面进行化学镀，形成导电银层，再浸入电解槽进行电镀，制得金属镍版；其中该步骤采用一次曝光制作出微浮雕立体结构阵列A的微图文阵列和微透镜阵列，制备工艺流程更简化；

S3.制备复合模具金属镍版：先采用压印方法复制金属镍版上的微浮雕立体结构阵列A，并依据包装设计需求将多种全息镭射结构组合排列，得到微浮雕立体结构阵列B的复合模具，然后在复合模具上微浮雕立体结构阵列B的表面进行化学镀，形成导电银层，再浸入电解槽进行电镀，制得复合模具金属镍版；

S4.制备光学防伪膜：采用压印方法将S3得到的复合模具金属镍版上的微浮雕立体结构阵列B复制到基材的一侧表面上，并进行固化，在所述基材的一侧表面形成微浮雕立体结构阵列层，制得光学防伪膜；

S5.制作反射介质层：在S4制得的光学防伪膜的微浮雕立体结构阵列层的表面设置反射介质层。

上述的光学防伪元件的制备方法，S1中得到的所述微浮雕立体结构阵列中微图文阵列的结构线宽范围在500纳米到50微米之间，而且微图文阵列与微透镜阵列的周期相近，同时微图文阵列的微图文在光学防伪元件成像后的倍率与微图文阵列和微透镜阵列的周期差的比例应满足以下要求：

放大倍率M：

式中T_L为透镜周期，T_p为图文周期；

透镜曲率半径r：

式中h为透镜高度，Φ_L为透镜尺寸；

透镜焦距f：

式中n为折射率；

莫尔图像尺寸H_i：

上述的光学防伪元件的制备方法，在S2的曝光之前，根据感光胶层调较曝光能量补偿，以提升微浮雕立体结构阵列A中微图文阵列和微透镜阵列的表面曲率的生成质量。

上述的光学防伪元件的制备方法，在S2中，所述感光胶层的厚度为3～10微米，所述微浮雕立体结构阵列A中微图文阵列与微透镜阵列相交区域的边界侧壁与感光胶层的夹角≥60度。

上述的光学防伪元件的制备方法，所述微图文阵列的表面曲线高度约为微透镜阵列高度的1/2。

上述的光学防伪元件的制备方法，在S4中采用具有附着力增强层的基材，同时在S5中对微浮雕立体结构阵列层的表面进行强电晕处理；或者，在S4中采用离型基材，同时在S5中对微浮雕立体结构阵列层的表面进行强电晕处理；又或者，上述的光学防伪元件的制备方法，在S4中采用附着力增强层的基材，在S5中对微浮雕立体结构阵列层的表面不做处理。

本发明还提供了一种光学防伪元件，采用上述光学防伪元件的制备方法制成，包括：

基材，为透明或半透明片状材料；

微浮雕立体结构层，设置在基材的下表面，包含有微透镜阵列结构和微图文阵列结构；

反射介质层，设置在微浮雕立体结构层的下表面。

更具体地，本发明所述一种光学防伪元件，包括：

基材，为透明或半透明片状材料；

微浮雕立体结构层，设置在基材的下表面，包含有微透镜阵列结构和微图文阵列结构；所述微浮雕立体结构层为相加式微浮雕立体结构层，其微图文阵列结构设置在微透镜阵列结构的表面；

反射介质层，设置在微浮雕立体结构层的下表面。

上述的光学防伪元件，所述微透镜阵列结构是凸微透镜阵列或凹微透镜阵列。

本发明还提供了一种产品，设置有上述光学防伪元件，具体地，该产品是镭射纸张，包括纸张和所述光学防伪元件，所述光学防伪元件的反射介质层的表面与纸张粘合连接；或者，该产品是镭射复合纸张，包括纸张和采用上述制备方法制得的光学防伪元件，所述光学防伪元件的反射介质层的表面与纸张粘合连接；又或者，该产品是具有防伪元件的全转移镭射转移纸张，包括纸张以及采用上述制备方法制得的光学防伪元件的微浮雕立体结构层和反射介质层，且所述光学防伪元件的基材采用机械剥离，所述反射介质层的表面与纸张粘合连接，能够实现包装去塑化目标；再或者，该产品是具有防伪元件立体结构的介质镭射转移纸张，包括纸张以及采用上述制备方法制得的光学防伪元件的反射介质层，且所述光学防伪元件的基材和微浮雕立体结构层采用机械剥离，所述反射介质层的表面与纸张粘合连接，也能够实现包装去塑化目标。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过本发明所述制备方法得到的光学防伪元件能够提供独特的3D视觉效果，同时生产成本低，且其制备方法能够使生产难度降低，工艺流程简化，进一步降低成本；而且本光学防伪元件的折射率范围为折射率为1.3～1.7，莫尔放大器的成像质量高；而且，由于所述光学防伪元件的微图文层阵列可设为多个不同周期的图文叠加，所以在莫尔放大图像中可显示景深不同的莫尔图像，产生上浮、下沉、上浮+下沉、上浮交错下沉、下沉过渡至上浮的三维立体的莫尔图像，视觉效果更突出，防伪性能更佳。

附图说明

图1是本发明所述的一种光学防伪元件的制备方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一所述光学防伪元件的示意图；

图3是本发明实施例一所述光学防伪元件的制备方法的原理示意图；

图4是本发明实施例一所述光学防伪元件的制备方法的细化原理示意图；

图5是本发明实施例二所述光学防伪元件的示意图；

图6是本发明实施例二所述光学防伪元件的制备方法的原理示意图；

图7是本发明实施例二所述光学防伪元件的制备方法的细化原理示意图；

图8是本发明实施例一所述光学防伪元件中微浮雕立体结构阵列的俯视局部示意图和上浮视觉效果图；

图9是本发明实施例一所述光学防伪元件中微浮雕立体结构阵列的俯视局部示意图和下沉视觉效果图；

图10是本发明实施例二所述光学防伪元件中微浮雕立体结构阵列的俯视局部示意图和上浮视觉效果图；

图11是本发明实施例二所述光学防伪元件中微浮雕立体结构阵列的俯视局部示意图和下沉视觉效果图；

图12是本发明所述光学防伪元件呈现3D动态视觉效果的实施例示意图；

图13是本发明所述光学防伪元件呈现多维移动视觉效果的实施例示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所述一种光学防伪元件的制备方法，包括：

步骤S1.制作微浮雕立体结构阵列：先设计微图文阵列和微透镜阵列，再将设计好的微图文阵列和微透镜阵列进行空间立体架构调制，使微图文阵列和微透镜阵列的不动点基本重合，之后合成叠加，得到微浮雕立体结构阵列，并生成微浮雕光刻文件；其中，所述微透镜阵列的排布方式可以是方形、三角形、蜂窝形，所述微图文阵列的排布方式是与微透镜阵列对应，所述合成叠加是指相加叠加(即并集叠加，将微图文阵列和微透镜阵列的表面形貌与曲率相加叠加，使微图文阵列叠加在微透镜阵列的表面，合成得到微浮雕立体结构阵列文件)。

具体地：第一步，将所需要呈现的图像(矢量或者位图文件)解构成微图文阵列，同时根据设计好微透镜的周期、冠高、口径、阵列(矩形、六边形、圆周型、随机分布型)等参数，制作微透镜阵列，该微透镜周期在30微米到100微米之间，优选30～50微米，冠高在2微米到9微米之间，优选2微米到5微米，微透镜阵列至少包含球面微透镜、椭球面微透镜、柱面微透镜、菲涅耳透镜中的一种，优选球面微透镜；第二步，在工程软件中将设计好的微透镜阵列与微图文阵列合成叠加，生成微浮雕光刻文件，叠加时可以通过软件调制两阵列的空间立体架构，选用相加叠加，而且微透镜阵列可以选用凸微透镜阵列或者凹微透镜阵列，优选采用凸微透镜阵列，因为微图文阵列和微透镜阵列是在计算机中进行合成叠加，采用凸微透镜阵列能够使的微图文阵列和微透镜阵列不动点精准重合，有利于提高对位精度。

而且，合成叠加得到微浮雕立体结构阵列微浮雕立体结构阵列中微图文阵列的结构线宽范围在500纳米到50微米之间，而且微图文阵列与微透镜阵列的结构周期相近似，同时微图文阵列的微图文在光学防伪元件成像后的倍率与微图文阵列和微透镜阵列的周期差的比例应满足以下要求；

放大倍率M：

式中T_L为透镜周期，T_p为图文周期；

透镜曲率半径r：

式中h为透镜高度，Φ_L为透镜尺寸；

透镜焦距f：

式中n为折射率；

莫尔图像尺寸H_i：

步骤S2.制备金属镍版：先根据S1生成的微浮雕光刻文件对光刻玻璃上的感光胶层进行曝光、清洗，得到记录在感光胶层上的微浮雕立体结构阵列A，然后在微浮雕立体结构阵列A的表面进行化学镀，形成导电银层，再浸入电解槽进行电镀，制得金属镍版；具体可以为：先将生成的微浮雕光刻文件载入高速激光直写设备，对正性光刻玻璃上的光敏胶层(感光胶层)进行曝光，然后将曝光后的光刻玻璃浸入碱性显影液中清洗，去除感光过的光敏胶，得到记录在光敏胶层上的微浮雕立体结构阵列A，接着使用化学镀的方法(银镜反应)给微浮雕立体结构阵列A的表面镀上导电银层，再将附有导电层的光刻玻璃浸入电解槽作为阴极，制得金属镍版。其中采用一次曝光制作出微浮雕立体结构阵列A的微图文阵列和微透镜阵列，与现有采用二次曝光的工艺流程相比，工艺流程得以简化，工艺难度降低，制作的微浮雕立体结构阵列的精细度高，有效提升产品成像质量，避免和解决了现有技术中采用二次曝光制作微浮雕立体结构阵列的缺陷问题(现有采用二次曝光制作微浮雕立体结构阵列的方法有两种，第一种方法，将微透镜阵列和微图文阵列分别在两块感光玻璃上曝光，使得产品中莫尔放大器的成像效果无法预知，需要将微透镜阵列和微图文阵列分别压印测试才能得知成像情况，导致产品的成像无法控制和保证；第二种方法，将微透镜阵列和微图文阵列在同一块感光玻璃上分别曝光，因为二次曝光时的感光胶层已经吸收了激光能量，因此二次曝光时的感光能量不易把控，容易出现微图文阵列失真现象，从而产品的成像质量降低)。

S2中所述感光胶层的厚度优选为3～10微米，而且所述微浮雕立体结构阵列A中微图文阵列与微透镜阵列相交区域的边界侧壁与感光胶层的夹角在90度到110度之间，这样即可避免制版过程中，在微透镜阵列里面在烧蚀出微图文阵列时，因为上述夹角太小而导致微图文的烧蚀开口太大，光刻机分辨率不够或者过度显影，最终使产品成像不清晰。

步骤S3.制备复合模具金属镍版：先采用压印方法复制金属镍版上的微浮雕立体结构阵列A，并依据包装设计需求将多种全息镭射结构组合排列，得到微浮雕立体结构阵列B的复合模具；然后在复合模具上微浮雕立体结构阵列B的表面进行化学镀，形成导电银层，再浸入电解槽进行电镀，制得复合模具金属镍版，具体可以为，使用化学镀的方法(银镜反应)给微浮雕立体结构阵列B的表面镀上导电银层，再将附有导电层的光刻玻璃浸入电解槽作为阴极，制得复合模具金属镍版。

在一种可能的实现方式中，通过紫外光固化纳米压印技术在100～300微米厚度的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜或者1毫米厚度的聚碳酸酯(PC)的表面复制金属镍版上的微浮雕立体结构阵列A，并依据包装设计需求将衍射光栅、闪耀光栅、正弦反射光栅、锯齿形光栅、菲涅尔透镜等全息镭射结构组合排列，制备微浮雕立体结构阵列B的复合模具；其中微浮雕立体结构阵列A和全息镭射结构排列组合非常灵活性、多样化，可以是在不同的位置多个微浮雕立体结构阵列A与不同的各种微纳结构相组合，同时优选的188微米厚度PET。

步骤S4.制备光学防伪膜：采用压印方法将S3得到的复合模具金属镍版上的微浮雕立体结构阵列B复制到基材的一侧表面上，并进行固化，在所述基材的一侧表面形成微浮雕立体结构阵列层，制得光学防伪膜。

在一种可能的实现方式中，采用轮转UV纳米压印方法来制备光学防伪膜，具体为，将通过卷筒纳米压印设备将S3中制作的复合模具金属镍版上的微浮雕立体结构阵列B复制到15～50微米厚度的基材上，形成微浮雕层的起伏结构的材料需具有这样的性质，即在一定的温度和压力下该材料能够变形，以形成所需的起伏结构，然后又能通过冷却、吸收能量后定型，以维持微浮雕层的立体结构，得到光学防伪膜；此步骤所使用的涂料为紫外固化涂料，优选以丙烯酸树脂或者环氧树脂或者二者混合树脂为主体的紫外光固化涂料。

当然还可以采用常规的热压、模压、EB电子束固化方式等压印方法，相应地，相应地，选用热塑性涂料、电子束EB固化涂料。

步骤S5.制作反射介质层：在S4制得的光学防伪膜的微浮雕立体结构阵列层的表面设置反射介质层；具体为，通过涂布、印刷、沉积等方式在微浮雕立体结构阵列层的表面覆设反射介质层。

本发明所述光学防伪元件的制备方法还包括：在S2的曝光之前，根据感光胶层调较曝光能量补偿(该调较方法为：先采用线性递减能量梯度尺的方式，测试感光胶层的蚀刻深度，再根据测试的结果生成深度曲线，对照两者之间的差值进行增益补偿)，以提升微浮雕立体结构阵列A中微图文阵列和微透镜阵列的表面曲率的生成质量。

本发明所述光学防伪元件的制备方法的S1中，所述微图文阵列的表面曲线高度约为微透镜阵列高度的1/2，在有限的感光胶层厚度下确保微透镜阵列与微图文阵列的形貌尽可能的完整，从而提升3D视觉效果。

如图2和11所示，通过本发明上述制备方法制得的光学防伪元件，包括基材1、微浮雕立体结构层2和反射介质层3。

其中，所述基材1为透明或半透明片状材料；具体可以为15--50微米厚度的基材，所述基材可以至少是局部透明的，也可以是有色的介质层，还可以是经过复合而成的多层膜，而且该基材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：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜及双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜等塑料薄膜，优选15微米厚度的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。

所述微浮雕立体结构层2设置在基材1的下表面，包含有微透镜阵列结构和微图文阵列结构；其中微透镜阵列结构可以是凸微透镜阵列(参见图2)或者凹微透镜阵列(参见图4)；而且所述微浮雕立体结构层2为相加式微浮雕立体结构层，其微图文阵列结构设置在微透镜阵列结构的表面，具体为：所述微透镜阵列结构包括多个阵列分布设置的微透镜阵列单元，所述微透镜阵列单元为凹微透镜阵列单元或凸微透镜阵列单元，所述微图文阵列结构包括多个微图文阵列单元，所述微图文阵列单元设置在的所述凹微透镜阵列单元的凹面并朝内凹陷，或者设置在所述凸微透镜阵列单元的凸面并朝外凸出。

例如：所述微透镜阵列结构包括多个直线矩阵设置的微透镜阵列单元，而且所述微透镜阵列单元可以为凹微透镜阵列单元(如：半圆凹微透镜阵列单元)，所述微图文阵列单元相比对应的所述凹微透镜阵列单元的凹面朝内凹陷，参见图2；所述微透镜阵列单元也可以为凸微透镜阵列单元(如：半圆凸微透镜阵列单元)，所述微图文阵列单元相比对应的所述凸微透镜阵列单元的凸面朝外凸出，参见图5。

所述反射介质层3设置在微浮雕立体结构层2的下表面。所述反射介质层3可以包括下述各种镀层中的任意一种或其组合：单层金属镀层；多层金属镀层；由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层，且吸收层与微浮雕立体结构层2的表面相接触；高折射率介质层镀层；由第一高折射率介质层、低折射率介质层和第二高折射率介质层依次堆叠形成的多介质层镀层，且第一高折射率介质层与微浮雕立体结构层2的表面相接触；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，吸收层与微浮雕立体结构层2的表面相接触。所述高折射率介质层镀层、第一高折射率介质层、低折射率介质层和第二高折射率介质层是折射率大于等于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等中的一种，所述低折射率介质层是折射率小于1.7的介质层，其材料可以是MgF₂或SiO₂等，所述金属镀层和反射层的材料可以是Al、Cu、Ni、Cr、Ag、Fe、Sn、Au、Pt等中的一种金属或其混合物和合金；所述吸收层的材料可以是Cr、Ni、Cu、Co、Ti、V、W、Sn、Si、Ge等中的一种金属或其混合物和合金，所述单层金属镀层的材料优选Al或ZnS。

这样，通过本发明所述制备方法得到的光学防伪元件能够提供裸眼3D、动态3D、微文字可以在多个维度上移动的独特3D视觉效果，如图12，本发明所述的光学防伪元件随着视角的移动，其微图文星星呈现出现和消失的闪烁动态视觉效果，又如图13，从不同视角观察本发明所述光学防伪元件，其微图文A和B呈现在不同维度上移动的视觉效果；而且本光学防伪元件的折射率范围为折射率为1.3～1.7，莫尔放大器的成像质量高，所述光学防伪元件的微图文层阵列为多个不同周期的图文叠加，在莫尔放大图像中显示出层级差异，即景深不同的莫尔图像，产生上浮、下沉、上浮+下沉、上浮交错下沉、下沉过渡至上浮的三维立体的莫尔图像。

下面通过具体实施例对本发明所述的光学防伪元件和制备方法做进一步说明。

实施例一：

传统的微透镜莫尔放大器主要由透镜层与微图文层分别制作于基材层两侧组成，而本发明实施例将所需要呈现的图像(矢量或者位图文件)解构成微图文阵列P，同时根据设计好微透镜的周期、冠高、口径、阵列(矩形、六边形、圆周型、随机分布型)等参数，制作微透镜阵列L(凸微透镜阵列L+)，然后将微图文阵列P、微透镜阵列L进行合成运算，以将两者的表面形貌与曲率合成微浮雕立体微结构N，具体采用并集叠加的方式合成微浮雕立体微结构N，微图文阵列P的表面曲线高度约为凸微透镜阵列L+高度的1/2(参见图3中的3a)；然后使用轮转纳米压印的方法，通过使涂料层固化实现复制微浮雕立体微结构阵列到基材1上，形成了微浮雕立体结构层2，并在微浮雕立体微结构阵列的表面(非基材连接面)上有反射介质层3；最终将透过基材1方向观测到莫尔放大器的成像(参见图3中的3b)。更具体地如图4所示，将设计好的微图文阵列P和凸微透镜阵列L+进行空间立体架构调制，采用并集叠加的方法将微图文阵列P和凸微透镜阵列L+的表面形貌与曲率合成得到微浮雕立体微结构N；然后通过曝光显影将微浮雕立体微结构N记录在光刻玻璃上的感光胶层D上，在光刻玻璃上的感光胶层D上形成微浮雕立体结构阵列A，再进行化学镀和电镀，制得金属镍版F；接着采用压印方法复制金属镍版上的微浮雕立体结构阵列A，并依据包装设计需求将多种全息镭射结构组合排列，得到微浮雕立体结构阵列B的复合模具，再进行化学镀和电镀，制得复合模具金属镍版N；再接着采用轮转纳米压印的方法将复合模具金属镍版N上的微浮雕立体结构阵列B复制到基材G01的一侧表面上，并固化后在基材G01的一侧表面形成微浮雕立体结构阵列层G02；最后在微浮雕立体结构阵列层G02的表面设置反射介质层G03，得到光学防伪元件G。因为本发明设计的微图文并未处于透镜阵列的焦点，因此最终观察到的成像为黑色的正向放大虚像，成像的放大倍率符合微透镜阵列放大原理：

当T_p大于T_L时呈现下沉图像(后景)，具体参见图8，当T_p小于T_L时呈现上浮图像(前景)，具体参见图9。

实施例二：

如图6，本发明实施例四与实施例三基本相同，先将所需要呈现的图像(矢量或者位图文件)解构成微图文阵列P，同时根据设计好微透镜的周期、冠高、口径、阵列(矩形、六边形、圆周型、随机分布型)等参数，制作微透镜阵列L(凹微透镜阵列L-)，然后将微图文阵列P、微透镜阵列L进行合成运算，以将两者的表面形貌与曲率合成微浮雕立体微结构N，具体采用并集叠加的方式合成微浮雕立体微结构N，微图文阵列P的表面曲线高度约为凹微透镜阵列L-高度的1/2(参见图6中的6a)；然后使用轮转纳米压印的方法，通过使涂料层固化实现复制微浮雕立体微结构阵列到基材1上，形成了微浮雕立体结构层2，并在微浮雕立体微结构阵列的表面(非基材连接面)上有反射介质层3；最终将透过基材1方向观测到莫尔放大器的成像(参见图6中的6b)。更具体地如图7所示，将设计好的微图文阵列P和凹微透镜阵列L-进行空间立体架构调制，采用并集叠加的方法将微图文阵列P和凹微透镜阵列L-的表面形貌与曲率合成得到微浮雕立体微结构N；然后通过曝光显影将微浮雕立体微结构N记录在光刻玻璃上的感光胶层D上，在光刻玻璃上的感光胶层D上形成微浮雕立体结构阵列A，再进行化学镀和电镀，制得金属镍版F；接着采用压印方法复制金属镍版上的微浮雕立体结构阵列A，并依据包装设计需求将多种全息镭射结构组合排列，得到微浮雕立体结构阵列B的复合模具，再进行化学镀和电镀，制得复合模具金属镍版N；再接着采用轮转纳米压印的方法将复合模具金属镍版N上的微浮雕立体结构阵列B复制到基材G01的一侧表面上，并固化后在基材G01的一侧表面形成微浮雕立体结构阵列层G02；最后在微浮雕立体结构阵列层G02的表面设置反射介质层G03，得到光学防伪元件G。因为本发明设计的微图文并未处于透镜阵列的焦点，因此最终观察到的成像为黑色的正向放大虚像，成像的放大倍率符合微透镜阵列放大原理：

当T_p大于T_L时呈现上浮图像(前景)，具体参见图10，当T_p小于T_L时呈现下沉图像(后景)，具体参见图11。

当然，本发明所述光学防伪元件可以在反射介质层的表面粘合纸张，并加热固化，制得具有防伪元件的镭射纸张；还可以在S4中采用附着力增强层的基材，同时在S5中对微浮雕立体结构阵列层的表面进行强电晕处理(可以增加后续真空镀反射介质层时的结合力)，且在反射介质层的表面粘合纸张，制得具有防伪元件的镭射复合纸张；又可以在S4中采用离型基材，同时在S5中对微浮雕立体结构阵列层不做表面处理，且在反射介质层的表面粘合纸张，制得具有防伪元件的镭射转移纸张。

目前，在限塑令的要求下，薄膜基材已经被众多包装产品禁用，行业内多利用缩小微透镜阵列单元口径达到降低薄膜厚度，从而减少塑料薄膜的使用，但是却没有从根本上解决包装材料去塑化的问题。为此，本发明可以在S4中采用离型基材，同时在S5中对微浮雕立体结构阵列层的表面进行强电晕处理，且在反射介质层的表面粘合纸张，之后采用机械剥离基材，制得具有防伪元件的全转移镭射转移纸张，能够实现包装去塑化目标；又还可以在S4中采用附着力增强层的基材，在S5中对微浮雕立体结构阵列层的表面不做处理，且在反射介质层的表面粘合纸张，之后采用机械剥离基材和微浮雕立体结构层，制得具有防伪元件立体结构的介质镭射转移纸张，同样能够实现包装去塑化目标，在此需要说明，该介质镭射转移纸张的反射介质层由于此前是与微浮雕立体结构阵列层紧贴，具有与微浮雕立体结构层同样的结构形态(参见图2-7)，在将光学防伪元件粘合在纸张上并剥离基材和微浮雕立体结构层后，所述反射介质层通过其与纸张之间是胶水固化后、支撑和保持反射介质层的微浮雕立体结构。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (16)

1.一种相加式微浮雕立体结构的光学防伪元件的制备方法，其特征在于，包括：

S1.制作微浮雕立体结构阵列：先设计微图文阵列和微透镜阵列，再将设计好的微图文阵列和微透镜阵列进行空间立体架构调制，使微图文阵列和微透镜阵列的不动点基本重合，之后将微图文阵列和微透镜阵列的表面形貌与曲率相加叠加，使微图文阵列叠加在微透镜阵列的表面，得到微浮雕立体结构阵列，并生成微浮雕光刻文件；

S2.制备金属镍版：先根据S1生成的微浮雕光刻文件对光刻玻璃上的感光胶层进行曝光、清洗，得到记录在感光胶层上的微浮雕立体结构阵列A，然后在微浮雕立体结构阵列A的表面进行化学镀，形成导电银层，再浸入电解槽进行电镀，制得金属镍版；

S3.制备复合模具金属镍版：先采用压印方法复制金属镍版上的微浮雕立体结构阵列A，并依据包装设计需求将多种全息镭射结构组合排列，得到微浮雕立体结构阵列B的复合模具，然后在复合模具上微浮雕立体结构阵列B的表面进行化学镀，形成导电银层，再浸入电解槽进行电镀，制得复合模具金属镍版；

S4.制备光学防伪膜：采用压印方法将S3得到的复合模具金属镍版上的微浮雕立体结构阵列B复制到基材的一侧表面上，并进行固化，在所述基材的一侧表面形成微浮雕立体结构阵列层，制得光学防伪膜；

S5.制作反射介质层：在S4制得的光学防伪膜的微浮雕立体结构阵列层的表面设置反射介质层。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中得到的所述微浮雕立体结构阵列中微图文阵列的结构线宽范围在500纳米到50微米之间，而且微图文阵列与微透镜阵列的结构周期相近似，同时微图文阵列的微图文在光学防伪元件成像后的倍率与微图文阵列和微透镜阵列的周期差的比例应满足以下要求：

放大倍率M：

式中T_L为透镜周期，T_p为图文周期；

透镜曲率半径r：

式中h为透镜高度，Φ_L为透镜尺寸；

透镜焦距f：

式中n为折射率；

莫尔图像尺寸H_i：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S2的曝光之前，根据感光胶层调较曝光能量补偿，以提升微浮雕立体结构阵列A中微图文阵列和微透镜阵列的表面曲率的生成质量。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S2中，所述感光胶层的厚度为3～10微米，所述微浮雕立体结构阵列A中微图文阵列与微透镜阵列相交区域的边界侧壁与感光胶层的夹角在90度到110度之间。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的制备方法，其特征在于，所述微图文阵列的表面曲线高度约为微透镜阵列高度的1/2。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S2采用一次曝光制作出微浮雕立体结构阵列A的微图文阵列和微透镜阵列。

7.根据权利要求1或2或3或4或6所述的制备方法，其特征在于，在S4中采用具有附着力增强层的基材，同时在S5中对微浮雕立体结构阵列层的表面进行强电晕处理。

8.根据权利要求1或2或3或4或6所述的制备方法，其特征在于，在S4中采用离型基材，同时在S5中对微浮雕立体结构阵列层的表面进行强电晕处理。

9.根据权利要求1或2或3或4或6所述的制备方法，其特征在于，在S4中采用附着力增强层的基材，在S5中对微浮雕立体结构阵列层的表面不做处理。

10.一种相加式微浮雕立体结构的光学防伪元件，其特征在于，采用权利要求1至6中任一所述的制备方法制成，包括：

基材(1)，为透明或半透明片状材料；

微浮雕立体结构层(2)，设置在基材的下表面，包含有微透镜阵列结构和微图文阵列结构；所述微浮雕立体结构层(2)为相加式微浮雕立体结构层，其微图文阵列结构设置在微透镜阵列结构的表面；

反射介质层(3)，设置在微浮雕立体结构层(2)的下表面。

11.根据权利要求10所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微透镜阵列结构是凸微透镜阵列或凹微透镜阵列。

12.一种产品，其特征在于，设置有权利要求1-6中任一或10或11所述光学防伪元件。

13.根据权利要求12所述的产品，其特征在于，该产品是镭射纸张，包括纸张和所述光学防伪元件，所述光学防伪元件的反射介质层的表面与纸张粘合连接。

14.一种产品，其特征在于，该产品是镭射复合纸张，包括纸张和采用权利要求7所述制备方法制得的光学防伪元件，所述光学防伪元件的反射介质层的表面与纸张粘合连接。

15.一种产品，其特征在于，该产品是具有防伪元件的全转移镭射转移纸张，包括纸张以及采用权利要求8所述制备方法制得的光学防伪元件的微浮雕立体结构层和反射介质层，且所述光学防伪元件的基材采用机械剥离，所述反射介质层的表面与纸张粘合连接。

16.一种产品，其特征在于，该产品是具有防伪元件立体结构的介质镭射转移纸张，包括纸张以及采用权利要求9所述制备方法制得的光学防伪元件的反射介质层，且所述光学防伪元件的基材和微浮雕立体结构层采用机械剥离，所述反射介质层的表面与纸张粘合连接。

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