CN118528670A - 光学防伪元件和防伪产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学防伪元件和防伪产品。光学防伪元件包括基材，基材的至少一个表面具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一光学微结构和第一镀层，第一镀层基本同形覆盖于第一光学微结构的表面，第二部分具有第二光学微结构，第一光学微结构包括：初级微结构，初级微结构与基材连接；次级微结构，次级微结构包络设置在初级微结构远离初级微结构一侧的表面，次级微结构的包络形状基本同形于初级微结构；光学防伪元件还包括功能涂层和第二镀层，功能涂层设置在第一镀层和第二光学微结构的表面，第二镀层同行覆盖于功能涂层远离基材的一侧表面，功能涂层靠近基材的一侧表面与功能涂层远离基材的一侧表面的形状不同。本发明解决了现有技术中光学防伪元件存在防伪性能差的问题。

Description

光学防伪元件和防伪产品

技术领域

本发明涉及光学防伪设备技术领域，具体而言，涉及一种光学防伪元件和防伪产品。

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衍射光变图像(例如全息图、动态衍射图等)光学防伪元件，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，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，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。

当前，国际上以钞票为代表的高端防伪产品平台出现了一类炙手可热的产品形式——防伪视窗，例如自2011年开始发行的新版加拿大元系列，2013年开始发行的新版欧元系列，2015年开始发行的新版新西兰元系列，2016年开始发行的新版澳大利亚元系列均采用了防伪视窗，影响深远，广受好评。防伪视窗的特点是两面均可观察，但当前视窗产品普遍存在两个方面的问题：

首先，如果采用双层结构，例如上述新版欧元系列的防伪视窗，其正面和反面的图像是通过两次加工形成的，这种情况下，两次加工的图像之间难以避免会存在位置误差，即正反面图像之间的关联度降低，同时加工工艺过于复杂，不易于产品批量生产，且成本较高。

另外，如果采用单层结构，例如上述新版加元、新西兰元和澳元系列的防伪视窗，其正面和反面的图像时一次加工形成的，这种情况下，正反面图像完全相同，不具有独特性，不具备突出的防伪功能。

也就是说，现有技术中光学防伪元件存在防伪性能差的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光学防伪元件和防伪产品，以解决现有技术中光学防伪元件存在防伪性能差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光学防伪元件，包括基材，基材的至少一个表面具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一光学微结构和第一镀层，第一镀层基本同形覆盖于第一光学微结构的表面，第二部分具有第二光学微结构，第一光学微结构包括：初级微结构，初级微结构与基材连接；次级微结构，次级微结构包络设置在初级微结构远离初级微结构一侧的表面，次级微结构的包络形状基本同形于初级微结构；光学防伪元件还包括功能涂层和第二镀层，功能涂层设置在第一镀层和第二光学微结构的表面，第二镀层同行覆盖于功能涂层远离基材的一侧表面，功能涂层靠近基材的一侧表面与功能涂层远离基材的一侧表面的形状不同。

进一步地，次级微结构的槽深小于初级微结构的槽深和第二光学微结构的槽深，初级微结构的特征尺寸小于初级微结构的特征尺寸和第二光学微结构的特征尺寸。

进一步地，第二光学微结构的槽深大于第一光学微结构的槽深。

进一步地，初级微结构包括全息衍射微结构、反射微结构、干涉型微结构、亚波长微结构、平坦的表面中的至少一种；和/或次级微结构包括全息衍射微结构、反射微结构、干涉型微结构、亚波长微结构中的至少一种；和/或第二光学微结构包括全息衍射微结构、反射微结构、干涉型微结构、亚波长微结构中的至少一种。

进一步地，全息衍射微结构的槽型为弧形、正弦形、矩形、锯齿形中的至少一种，全息衍射微结构在所在的二维平面内的特征尺寸大于等于0.5μm且小于等于5μm，且全息衍射微结构的槽深大于50nm。

进一步地，反射微结构的槽形为弧形、正弦形、矩形、锯齿形中的至少一种，反射微结构在所在的二维平面内的特征尺寸大于5μm，且全息衍射微结构的槽深大于50nm。

进一步地，干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：当光束以一入射角照射干涉型微结构并通过干涉型微结构后，光束中一波长或波长范围的光在反射光方向上干涉相长，且在反射光方向上呈现第一颜色。

进一步地，干涉型微结构包括多个微结构单元，多个微结构单元随机分布或伪随机分布，干涉型微结构的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，且干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：当光束以一入射角照射干涉型微结构时在散射光方向上呈现第二颜色。

进一步地，干涉型微结构包括多个微结构单元，多个微结构单元在第二方向上随机分布或伪随机分布，干涉型微结构在第二方向的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，在第一方向的特征尺寸大于6μm，且干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：当光束以一入射角照射干涉型微结构时，若光束在基材所在平面垂直并包含第二方向的第一平面内，则干涉型微结构在第一平面内的散射光方向上呈现第二颜色。

进一步地，干涉型微结构包括多个微结构单元，多个微结构单元在第一方向上周期分布，在第二方向上随机或伪随机分布，干涉型微结构在第一方向上的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，在第二方向上的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，且干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：当光束以一入射角照射干涉型微结构时，若光束在与基材所在平面垂直并包含第二方向的第一平面内，则干涉型微结构在第一平面内的散射光方向上呈现第二颜色，若光束在与基材所在平面垂直并包含第一方向的第二平面内，则干涉型微结构在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。

进一步地，亚波长微结构为一维光栅或二维光栅，且亚波长微结构的槽型包括弧形、正弦形、矩形、锯齿形中的至少一种，亚波长微结构在所在的二维平面内的特征尺寸大于等于0.05μm且小于等于0.5μm，亚波长微结构的槽深大于10nm。

进一步地，第一镀层和/或第二镀层包括单层镀层或多层镀层。

进一步地，单层镀层包括金属反射层、半导体材料层、介质层或其组合。

进一步地，多层镀层形成法布里-泊罗谐振腔。

进一步地，多层镀层包括吸收层、介质层、和反射层中的至少两层或者多层镀层由多层介质层组成。

进一步地，单层镀层或多层镀层形成镂空图案。

进一步地，功能涂层包括聚合物层、液晶光变层、油墨层、颜料层、染料层中的至少一个。

根据本发明的另一方面，提供了一种光学防伪产品，包括上述的光学防伪元件。

应用本发明的技术方案，光学防伪元件包括基材，基材的至少一个表面具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一光学微结构和第一镀层，第一镀层基本同形覆盖于第一光学微结构的表面，第二部分具有第二光学微结构，第一光学微结构包括：初级微结构，初级微结构与基材连接；次级微结构，次级微结构包络设置在初级微结构远离初级微结构一侧的表面，次级微结构的包络形状基本同形于初级微结构；光学防伪元件还包括功能涂层和第二镀层，功能涂层设置在第一镀层和第二光学微结构的表面，第二镀层同行覆盖于功能涂层远离基材的一侧表面，功能涂层靠近基材的一侧表面与功能涂层远离基材的一侧表面的形状不同。

通过将第一光学微结构设置成具有初级微结构与次级微结构的形式，使得第一光学微结构的至少一部分的表面的起伏程度不同。同时在设置第一镀层对初级微结构与次级微结构的表面进行保护并提供防伪特征，由于具有次级微结构的区域与没有次级微结构的区域的表面的起伏程度不同，就能够形成不同的防伪特征。功能涂层的两个表面的形状不同，是指功能涂层的两个表面的形状既不相同，也不相似。主要相对于基本同形来定义。功能涂层与第一镀层接触的下界面的微观起伏的形状所形成的三维面形相对准确地包含了次级微结构的微观起伏的形状所形成的三维面形，而功能图层与第二镀层接触的上界面至少损失了次级微结构的微观起伏的形状所形成的三维面形，在这一过程中，初级微结构和第二光学微结构的微观起伏的形状所形成的三维面型的损失显然也会在功能涂层的上下界面的差异中体现出来。当第二镀层基本同形覆盖于功能涂层的表面后，在第一部分中的第二镀层的微观起伏的形状所形成的三维面形与功能涂层的上界面相同，在第一部分中的第一镀层的微观起伏的形状所形成的三维面形与功能涂层的下界面相同，因此在第一部分中，第一镀层形成的外观特征与第二镀层形成的外观特征不同，由于第一镀层与第二镀层的观察面分别在第一部分的两侧，即图中的上下两侧，所以在第一部分的两侧的外观特征不同。而在第二部分处仅具有第二镀层，上下两面的外观特征都单方面地取决于第二镀层，所以第二部分的两侧的外观特征基本相同。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的一个可选实施例的光学防伪元件的结构示意图；

图2示出了本发明的一个可选实施例的微结构的俯视图；

图3示出了本发明的一个可选实施例的微结构的剖视图；

图4示出了本发明的一个可选实施例的微结构的剖视图；

图5示出了本发明的一个可选实施例的微结构的剖视图；

图6示出了本发明的一个可选实施例的微结构的俯视图；

图7示出了图6中的微结构的剖视图；图8示出了本发明的一个可选实施例的微结构的俯视图；

图9示出了本发明的一个可选实施例的微结构的剖视图；

图10示出了本发明的一个可选实施例的微结构的剖视图；

图11示出了本发明的一个可选实施例的微结构的剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一部分；11、第一光学微结构；111、初级微结构；112、次级微结构；12、第一镀层；20、第二部分；21、第二光学微结构；30、基材；40、功能涂层；50、第二镀层；60、微结构；70、镀层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中光学防伪元件存在防伪性能差的问题，本发明提供了一种光学防伪元件和防伪产品。

本申请的光学防伪元件的独特优势在于，一方面提供次级微结构112处两面不同的外观特征，另一方面又提供除次级微结构112所在区域以外区域的两面基本相同的外观特征，同时次级微结构112与初级微结构和第二光学微结构21之间严格对位，使得两面观察的外观特征彼此之间严格对位，更进一步地，第一镀层和第二镀层的材料、结构所决定的颜色特征，这些配置使得本申请的光学防伪元件具备了较强的易识别、难伪造能力，充分解决了现有技术所面临的问题。

下面具体对本申请中的结构进行说明。

需要说明的是，在本文中，“特征尺寸”是指该微结构中取其表面高度最低点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。“微结构单元”是指微结构中取其表面高度最低点和最高点的平均值，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。槽深，指的是微观起伏的最近邻的凸起和凹陷的高度差。

微观起伏即在表面上产生的肉眼不可见的尺度范围内的微观的凸起或凹陷，凸起或凹陷可以是连续或非连续的，可以是周期性或非周期性的。

基本同形，指的是两种结构的微观起伏的形状所形成的三维面形基本一致或至少相似。

如图1至图11示，光学防伪元件包括基材30，基材30的至少一个表面具有第一部分10和第二部分20，第一部分10具有第一光学微结构11和第一镀层12，第一镀层12基本同形覆盖于第一光学微结构11的表面，第二部分20具有第二光学微结构21，第一光学微结构11包括初级微结构111和次级微结构112，初级微结构111与基材30连接；次级微结构112包络设置在初级微结构111远离初级微结构111一侧的表面，次级微结构112的包络形状基本同形于初级微结构111；光学防伪元件还包括功能涂层40和第二镀层50，功能涂层40设置在第一镀层12和第二光学微结构21的表面，第二镀层50同行覆盖于功能涂层40远离基材30的一侧表面，功能涂层40靠近基材30的一侧表面与功能涂层40远离基材30的一侧表面的形状不同。

通过将第一光学微结构11设置成具有初级微结构111与次级微结构112的形式，使得第一光学微结构的至少一部分的表面的起伏程度不同。同时在设置第一镀层对初级微结构111与次级微结构112的表面进行保护并提供防伪特征，由于具有次级微结构112的区域与没有次级微结构112的区域的表面的起伏程度不同，就能够形成不同的防伪特征。功能涂层40的两个表面的形状不同，是指功能涂层40的两个表面的形状既不相同，也不相似主要相对于基本同行来定义。功能涂层40与第一镀层12接触的下界面的微观起伏的形状所形成的三维面形相对准确地包含了次级微结构112的微观起伏的形状所形成的三维面形，而功能图层与第二镀层50接触的上界面至少损失了次级微结构112的微观起伏的形状所形成的三维面形，在这一过程中，初级微结构111和第二光学微结构21的微观起伏的形状所形成的三维面型的损失显然也会在功能涂层40的上下界面的差异中体现出来。

换句话说，在功能涂层40的下界面的形状与初级微结构111、次级微结构112和第二光学微结构21的形状相似。而功能涂层40的上界面的形状与初级微结构111、次级微结构112和第二光学微结构21的形状不同，以使得功能涂层40的上界面与下界面的形状既不相同，也不相似。

当第二镀层50基本同形覆盖于功能涂层40的表面后，在第一部分10中的第二镀层50的微观起伏的形状所形成的三维面形于功能涂层40的上界面相同，在第一部分10中的第一镀层12的微观起伏的形状所形成的三维面形于功能涂层40的下界面相同，因此在第一部分10处，第一镀层12形成的外观特征与第二镀层50形成的外观特征不同，由于第一镀层12与第二镀层50的观察面分别在第一部分10的两侧，即图1中的上下两侧，所以在第一部分10的两侧的外观特征不同。而在第二部分20处仅具有第二镀层50，上下两面的外观特征都单方面地取决于第二镀层50，所以第二部分20的两侧的外观特征基本相同。

由于第一镀层12与第二镀层50所提供的防伪特征是由镀层材料、镀层结构以及微观起伏的形状所形成的三维面形提供的外观特征共同决定。即改变镀层材料、镀层结构或其微观起伏的形状所形成的三维面形三者中的至少一者，第一镀层12与第二镀层50提供的防伪特征就会发生变化，故在第一镀层12与第二镀层的外观特征不同时其提供的防伪特征也不同。

具体的，次级微结构112的槽深小于初级微结构111和第二光学微结构21，初级微结构111的特征尺寸小于初级微结构111和第二光学微结构21。由于次级微结构112的槽深和在二维平面内的特征尺寸小于初级微结构111和第二光学微结构21，所以功能涂层40在次级微结构112处的微观起伏的形状所形成的三维面形体现出来的损失较初级微结构111和第二光学微结构21更加明显，就使得功能涂层40的上界面与下界面具有明显的差异。

具体的，第二光学微结构21的槽深大于第一光学微结构11的槽深。同理，第二光学微结构21的槽深大于第一光学微结构11的槽深，所以功能涂层40在第一光学微结构11处的微观起伏的形状所形成的三维面形体现出来的损失较第二光学微结构21更加明显，就使得功能涂层40的上界面与下界面具有明显的差异。

下面对第一镀层12和第二镀层50的镀层材料和镀层结构进行说明。

具体的，第一镀层12和第二镀层50的选择范围包括单层镀层或多层镀层，其中，单层镀层的选择范围为金属反射层、半导体材料层、介质层或其组合。

可选的，多层镀层可以采用多层介质层组成，即由具有高、低折射率的不同介质层构成。这种结构通常采用λ/4膜系设计。各个介质层所采用的材料可以为MgF₂、SiO₂、Al₂O₃、MgO、HfO₂、TiO₂、ZnS、ZnO等无机镀膜材料中的一种或多种。各个介质层也可以采用高分子聚合物，或者采用无机镀膜材料与高分子聚合物的组合。

当然，多层镀层还可以由吸收层、介质层、和反射层中的至少两种不同的层构成，通常采用三层结构或五层结构。例如，多层镀层的结构可以包括以下中的至少一者：

a、反射层、介质层和吸收层，以上三层顺序可颠倒；

b、吸收层、介质层和吸收层，以上三层顺序可颠倒；

c、吸收层、介质层、反射层、介质层和吸收层；

d、吸收层、介质层、吸收层、介质层和吸收层。

简言之，三层结构的多层结构镀层为反射层、介质层和吸收层，或者为吸收层、介质层和吸收层，前者只能在一面观察到光变效果而在反面仅为反射层提供的颜色，后者则可以在两面观察光变效果。五层结构的多层结构镀层为吸收层、介质层、反射层、介质层和吸收层，或者为吸收层、介质层、吸收层、介质层和吸收层，五层结构的多层结构镀层可以在两面观察光变效果，两面观察到的光变效果可以设计为相同，也可以设计为不同，这由各个反射层、介质层、吸收层的参数和材料决定。

上述的反射层一般为厚度较大的金属层，其厚度通常大于20nm，其所采用的材料可以为金、银、铜、铝、铁、锡、锌、镍、铬等中的一者或多者。上述的各个介质层可以是单层介质层，其所采用的介质材料可以选自MgF₂、SiO₂、Al₂O₃、MgO、PMMA、HfO₂、TiO₂、ZnS、ZnO等无机镀膜材料以及高分子聚合物，其厚度由要实现的光学效果及材料的折射率决定，一般厚度可以为10nm-1000nm，优选为50nm-800nm。当然，各个介质层也可以是多层介质层，其所采用的介质材料可以选自MgF₂、SiO₂、Al₂O₃、MgO、PMMA、HfO₂、TiO₂、ZnS、ZnO等常见的无机镀膜材料，并且多层介质膜通常采用高、低折射率λ/4膜系设计。各个吸收层所采用的材料可以为金、银、铜、铝、铁、锡、锌、镍、铬等金属或者金属化合物中的一者或多者，厚度通常不超过20nm，优选为5-10nm，其作用是使照明光部分反射、部分透射和部分吸收。

应当理解的是，根据本申请的多层镀层的结构并不局限于上面描述的结构，例如，二层结构(即反射层和介质层)、四层结构(即吸收层、介质层、反射层和介质层)等结构也是可取的。

多层镀层可以形成法布里-泊罗谐振腔，其对入射的白光具有选择性的吸收及反射作用，使得出射光线只包含某些波段，从而形成特定的颜色；当光入射或出射角度变化时，与之相对的光程发生变化，干涉波段也发生变化，从而导致呈现给观测者的颜色也随之变化，从而形成特定颜色的光变效果。

结合上述对第一镀层12和第二镀层50的镀层材料和结构的说明可知，第一部分10两侧的不同外观特征还可进一步通过第一镀层12和第二镀层的镀层材料和镀层结构的调整来进一步丰富，例如加入单层镀层或多层镀层提供的颜色特征，而第二部分20的两侧基本相同的外观特征也可以通过第二镀层50的镀层材料和镀层结构的调整来进一步丰富，例如加入单层镀层或多层镀层提供的颜色特征。

优选地，所述单层镀层或多层镀层可以进一步通过例如印刷碱洗工艺、印刷水洗工艺或精准镂空工艺形成镂空图案，以进一步提供防伪特征。

可选的，功能涂层40包括聚合物层、液晶光变层、油墨层、颜料层、染料层中的至少一个。下面对几种具体的情况进行说明。

在功能涂层40选用为为聚合物层时，例如包含纤维素的聚合物，更具体地，例如可以包括硝基纤维素(优选为硝基醇)与所加入的用以提高功能涂层40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，树脂材料包含以下组分：(1)约20wt％-约30wt％的主树脂，树脂为羟值大于120的聚酯，聚酯为支链化羟基聚酯，黏度为25000±5000mPa.s；(2)约10wt％-约25wt％的硝基纤维素，硝基纤维素为含氮量<12.4％的低氮硝化纤维；(3)约5wt％-约25wt％的交联剂，所述交联剂为异氰酸酯低聚体；以及(4)约20wt％-约60wt％的溶剂。

在功能涂层40选用为液晶光变层时，可以选用胆甾型液晶材料实现，从而可将采样合成图像附加随观察角度变化产生的绿变蓝、红变绿等光变颜色的特征。

当然，功能涂层40还可以选用油墨层、颜料层、染料层中的一种或几种的组合，可以通过涂布、印刷等方式批量生产。优选地，油墨可以采用光变油墨(OVI,opticalvariable ink)。

下面结合图1示意性地说明本申请的光学防伪元件的一个实施方式的详细参数和典型制作步骤，

基材30选用PET的材料

(1)在基材30的上表面采用UV浇铸的方式同时形成第一部分10中的第一光学微结构11和第二部分20中的第二光学微结构21；其中，第一光学微结构11包括的初级微结构111含有周期为9μm槽深为2μm的锯齿形结构、周期为12μm槽深为1.5μm的圆弧形结构、周期为3μm槽深为0.2μm的正弦结构，部分覆盖在初级微结构111上的次级微结构112含有周期为0.3μm，槽深为0.09μm的二维正弦形的亚波长微结构，第二光学微结构21含有周期为10μm槽深为5μm的锯齿形结构、周期为14μm槽深为6μm的抛物线形的弧形结构。

(2)在第一光学微结构11和第二光学微结构21的上表面，统一采用PVD的方式蒸镀一层厚度为40nm的金属铝层。

(3)在金属铝层的上表面印刷UV光油作为功能涂层40，所述UV光油的涂重约为2.2g。

(4)利用碱洗脱铝镂空的方式浸泡步骤(3)中的结构，由于初级微结构111、次级微结构112和第一光学微结构11的槽深，小于第二光学微结构21。这一步骤中各结构和参数符合中国专利201410178194.4所介绍的结构参数和方法，从而使第二光学微结构21上表面的金属铝层被碱液腐蚀去除，而第一光学微结构11表面的金属铝层被保留从而形成第一镀层12。

(5)在功能涂层40的上表面采用PVD的方式依次蒸镀Al(40nm)/SiO₂(250nm)/Cr(5nm)从而形成第二镀层50。

由于在制作过程中次级微结构112的槽深(0.09μm)小于初级微结构111(0.2～2μm)和第二光学微结构21(5～6μm)，在形成了功能涂层40之后，相对来说次级微结构112的微观起伏的形状所形成的三维面形体现出来的损失较初级微结构111和第二光学微结构21更加明显，这导致了从上表面观察时的第二镀层50在第一部分10的外观特征中由次级微结构112代表的特征被削弱甚至消失，而从下表面观察时的第一镀层12在第一部分10的外观特征中由次级微结构112代表的特征得以保留，从而形成了正反两面的外观特征差异，具体来说在该制作步骤中次级微结构112的亚波长结构与其表面的第一镀层12形成了下表面反射光附近可以观察到的红色图案，而第二镀层50带有的损失后的初级微结构111三维面型无法提供该红色图案的图案信息，从而使正反两面能够观察的外观特征产生了差异；在第二部分20，第二镀层50独立地同时提供了正反两面观察到的外观信息，因此正反两面的外观特征基本相同。

当然，由于第一镀层12和第二镀层50的镀层材料和镀层结构的差异，在第一部分10和第二部分20的正反两面分别体现了不同的颜色特征，例如40nm的Al层形成的第一镀层12提供了银白色，Al(40nm)/SiO₂(250nm)/Cr(5nm)形成的第二镀层50提供了正面为红色、倾斜为绿色的光变颜色特征，这也使本发明的光学防伪元件具备更为丰富的光学防伪特征。

需要补充说明的是，为了便于描述和理解本发明的优势和突出特点，上文所述外观特征，指的是由次级微结构112产生的颜色或图形特征，外观特征的差异体现次级微结构112在第二镀层50处的三维面型变化或损失带来的正反两面的外观差异。而不涉及第一镀层12和第二镀层50的镀层材料或镀层结构带来的颜色特征差异。

下面对初级微结构111、次级微结构112、第二光学微结构21的选择范围进行描述。

由于，初级微结构111包括全息衍射微结构、反射微结构、干涉型微结构、亚波长微结构、平坦的表面中的至少一种；次级微结构112包括全息衍射微结构、反射微结构、干涉型微结构、亚波长微结构中的至少一种；第二光学微结构21包括全息衍射微结构、反射微结构、干涉型微结构、亚波长微结构中的至少一种。为了便于描述，以下暂将初级微结构111、次级微结构112、第二光学微结构21统称为微结构60，将初级微结构111、次级微结构112、第二光学微结构21及其表面的第一镀层12或第二镀层50统称为镀层70。

可以通过激光刻蚀、电子束刻蚀、离子刻蚀等方式将微结构制成母版，然后通过电铸、模压、UV复制等工艺复制到基材30上。更为常用的工艺是在基材30的表面涂布成像层，将微结构复制在成像层上，目的是提高微结构的复制质量和提高复制效率。

在一个可选的实施例中，微结构60中至少一部分选择为平面时，其提供镜面特征。

在另一个可选的实施例中，微结构60中至少一部分选择为全息衍射微结构时，其提供衍射全息特征；全息衍射微结构槽型为正弦形、矩形、锯齿形、或者正弦形、矩形和锯齿形中至少两者的拼接或组合。全息衍射微结构在所在的二维平面内的特征尺寸为0.5～5μm，槽深大于50nm。

在另一个可选的实施例中，微结构60中至少一部分选择为反射微结构时，其提供反射特征；反射微结构槽形为正弦形、矩形、锯齿形、或者正弦形、矩形和锯齿形中至少两者的拼接或组合。反射微结构在所在的二维平面内的特征尺寸大于5μm，槽深大于50nm。

当微结构60中至少一部分选择为干涉型微结构时，所述干涉型微结构被定义为当光束以一入射角照射所述干涉型微结构时，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。

下面，结合图2-10，对微结构60中至少一部分选择为干涉型微结构时的情况进行具体说明。定义x-y-z空间坐标系，其中xoy平面与光学防伪元件所在的平面平行，z方向与该平面垂直。

在一个可选的实施例中，干涉型微结构包括多个微结构单元，多个微结构单元随机分布或伪随机分布，干涉型微结构的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，且干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：当光束以一入射角照射干涉型微结构时在散射光方向上呈现第二颜色。下面以一个具体的例子进行详细说明。

如图2所示，微结构60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-6μm，优选为0.6μm-3μm，且微结构60的图案(即微结构的单元)可以是随机或伪随机分布的。微结构60中凸起部分可以占微结构60总面积的20％-80％，优选为35％-65％。如图3所示，微结构60的单元的剖面形状可以是正弦形。如图4所示，微结构60的单元的剖面形状可以是锯齿形。如图5所示，微结构60的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，微结构60的单元的剖面形状还可以是其他形状。微结构60的深度d可以满足以下条件，即当自然光(白光)以入射角α照射微结构60时，光束通过微结构60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时，呈现第二颜色(如图3所示)。

微结构60的深度d通常在100nm-5μm之间，优选为200nm-3μm。可以通过以下的方法来确定深度d。

表示出微结构60的复振幅透过率τ_g，τ_g为深度d、设计波长λ、微结构60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深度d。

举例来说，设计波长λ＝600nm，微结构60材料的折射率n＝1.5，微结构60的剖面形状为正弦形，外部介质为空气，则d＝1528.8nm时，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，所以其在反射光方向上呈现洋红色，散射光方向上呈现绿色。

在一个可选的实施例中，干涉型微结构包括多个微结构单元，多个微结构单元在第二方向上随机分布或伪随机分布，干涉型微结构在第二方向的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，在第一方向的特征尺寸大于6μm，且干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：当光束以一入射角照射干涉型微结构时，若光束在基材30所在平面垂直并包含第二方向的第一平面内，则干涉型微结构在第一平面内的散射光方向上呈现第二颜色。下面对其进行详细的说明。

如图6所示，微结构60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，由此微结构60在该方向上没有衍射效果，微结构60在y轴方向上的特征尺寸可以为0.3μm-6μm，优选为0.6μm-3μm，且图案可以是随机或伪随机分布的。微结构60中凸起部分可以占微结构60总面积的20％-80％，优选为35％-65％。如图7所示，微结构60的单元在yoz平面的剖面形状可以是正弦形。但是本领域技术人员可以理解，微结构60的单元的剖面形状可以是锯齿形、矩形或者其他形状。微结构60的深度d可以满足下述条件，即自然光(白光)以入射角α照射微结构60时，光束通过微结构60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，从而使之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，在yoz平面(或与yoz平面平行的平面)内散射光方向上观察到第二颜色。

微结构60深度d通常在100nm-5μm之间，优选为200nm-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。

在另一个可选实施例中，干涉型微结构包括多个微结构单元，多个微结构单元在第一方向上周期分布，在第二方向上随机或伪随机分布，干涉型微结构在第一方向上的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，在第二方向上的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，且干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：当光束以一入射角照射干涉型微结构时，若光束在与基材30所在平面垂直并包含第二方向的第一平面内，则干涉型微结构在第一平面内的散射光方向上呈现第二颜色，若光束在与基材30所在平面垂直并包含第一方向的第二平面内，则干涉型微结构在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。下面对其进行详细的说明。

如图8所示，微结构60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-6μm，优选为0.6μm-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-6μm，优选为0.6μm-3μm，图案可以例如是周期性结构。微结构60中凸起部分可以占微结构60总面积的20％-80％，优选为35％-65％。图9是微结构60在yoz平面(或与yoz平面平行的平面)的剖面示意图，图10是微结构60在xoz平面(或与xoz平面平行的平面)的剖面示意图。微结构60的单元的剖面形状可以是正弦形、锯齿形、矩形或者其他形状。微结构60的深度d可以满足下述条件，即自然光(白光)以入射角α照射微结构60时，光束通过微结构60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，从而使之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，在yoz平面(或与yoz平面平行的平面)内散射光方向观察到第二颜色；如果光束在xoz平面(或与xoz平面平行的平面)内，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。

微结构60深度d通常在100nm-5μm之间，优选为200nm-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。

下面结合图11描述微结构60中至少一部分选择为亚波长微结构时的情况进行具体说明。

图5中，为微结构60与其表面形成的镀层70共同形成在反射光方向及其附近的可以被人眼直接看到的一线大众光学防伪特征。

可选的，微结构60可以为一维光栅，微结构60的槽型可以是正弦形、矩形、锯齿形等；另外，微结构60可以为二维光栅，其槽型可以是正弦形、矩形、锯齿形等，并且二维光栅的栅格分布可以是正交结构、蜂窝结构、二维布拉维点阵结构、随机结构等。应当理解的是，微结构60的结构并不局限于以上描述的结构，而且实际的光学防伪元件中可以采用这些结构的组合。通过对微结构60进行设计，会实现防伪所需的文字、标识等图案。

具体的，微结构60的槽深为10nm-500nm，优选为50nm-300nm。另外，微结构60在其所在的二维平面内的特征尺寸为50nm-500nm，优选为200nm-400nm，但是，当一个方向上的特征尺寸满足要求时，另一个方向上的特征尺寸可以不受限制。

具体的，微结构60的周期和槽深二者之间存在着一定的匹配关系，这种匹配关系可以用深宽比(即槽深与周期的比值)表示，其是根据具体的再现效果通过严格耦合波理论设计计算得到的，优选地，深宽比的范围通常为0.3-2，更优选为0.4-1。

优选地，微结构60的占宽比(即光栅峰宽与周期的比值)也是影响光学效果的一个重要参数，其主要影响光学防伪元件的亮度及对比度，通常要求占宽比为0.3-0.7，更优选为0.4-0.6。

关于微结构60选择为亚波长微结构时，其与镀层70结合获得的光学特征，其参数匹配关系、具体原理和光学特征由中国专利CN102514443具体定义，其说明书内容均纳入本发明。总之，微结构60选择为亚波长微结构时，其与镀层70结合，从而形成了随观察角度改变而出现的变色特征的颜色，且其区别于单纯由平坦或光滑的表面的镀层70提供的颜色特征，进而形成独特的随观察角度的变色特征。

例如，选取微结构60为正弦槽型、周期为300nm、深度为100nm并呈正交的二维网格分布，选取镀层70依次包含Al(40nm)/SiO₂(370nm)/Cr(5nm)(在平坦表面，该参数的多层结构镀层具有正面观察为金黄色，倾斜观察为绿色的特征)。那么，微结构60与镀层70将共同形成了红变黄的颜色特征。

优选地，所述微结构60和镀层70通过配合还能够实现在反射光方向或反射光方向附近的偏振特征。

根据本发明的光学防伪元件可用作标签、标识、宽条、透明窗口、覆膜等，可以通过各种粘结机理粘附在各种物品上。例如转移到钞票、信用卡等高安全产品和高附加值产品上。

光学防伪产品包括上述的光学防伪元件，光学防伪产品包括但不限于钞票、信用卡、护照、有价证券等各类高安全产品及高附加值产品，以及各类包装纸、包装盒等。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种光学防伪元件，其特征在于，包括基材(30)，所述基材(30)的至少一个表面具有第一部分(10)和第二部分(20)，所述第一部分(10)具有第一光学微结构(11)和第一镀层(12)，所述第一镀层(12)基本同形覆盖于所述第一光学微结构(11)的表面，所述第二部分(20)具有第二光学微结构(21)，所述第一光学微结构(11)包括：

初级微结构(111)，所述初级微结构(111)与所述基材(30)连接；

次级微结构(112)，所述次级微结构(112)包络设置在所述初级微结构(111)远离所述初级微结构(111)一侧的表面，所述次级微结构(112)的包络形状基本同形于所述初级微结构(111)；

所述光学防伪元件还包括功能涂层(40)和第二镀层(50)，所述功能涂层(40)设置在所述第一镀层(12)和所述第二光学微结构(21)的表面，所述第二镀层(50)同形覆盖于所述功能涂层(40)远离所述基材(30)的一侧表面，所述功能涂层(40)靠近所述基材(30)的一侧表面与所述功能涂层(40)远离所述基材(30)的一侧表面的形状不同。

2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述次级微结构(112)的槽深小于所述初级微结构(111)的槽深和所述第二光学微结构(21)的槽深，所述次级微结构(111)的特征尺寸小于所述初级微结构(111)的特征尺寸和所述第二光学微结构(21)的特征尺寸。

3.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述第二光学微结构(21)的槽深大于所述第一光学微结构(11)的槽深。

4.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，

所述初级微结构(111)包括全息衍射微结构、反射微结构、干涉型微结构、亚波长微结构、平坦的表面中的至少一种；和/或

所述次级微结构(112)包括全息衍射微结构、反射微结构、干涉型微结构、亚波长微结构中的至少一种；和/或

所述第二光学微结构(21)包括全息衍射微结构、反射微结构、干涉型微结构、亚波长微结构中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的光学防伪元件，其特征在于，所述全息衍射微结构的槽型为弧形、正弦形、矩形、锯齿形中的至少一种，所述全息衍射微结构在所在的二维平面内的特征尺寸大于等于0.5μm且小于等于5μm，且所述全息衍射微结构的槽深大于50nm。

6.根据权利要求4所述的光学防伪元件，其特征在于，所述反射微结构的槽形为弧形、正弦形、矩形、锯齿形中的至少一种，所述反射微结构在所在的二维平面内的特征尺寸大于5μm，且所述全息衍射微结构的槽深大于50nm。

7.根据权利要求4所述的光学防伪元件，其特征在于，所述干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：当光束以一入射角照射所述干涉型微结构并通过所述干涉型微结构后，所述光束中一波长或波长范围的光在反射光方向上干涉相长，且在反射光方向上呈现第一颜色。

8.根据权利要求4所述的光学防伪元件，其特征在于，所述干涉型微结构包括多个微结构单元，多个所述微结构单元随机分布或伪随机分布，所述干涉型微结构的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，且所述干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：

当光束以一入射角照射所述干涉型微结构时在散射光方向上呈现第二颜色。

9.根据权利要求4所述的光学防伪元件，其特征在于，所述干涉型微结构包括多个微结构单元，多个所述微结构单元在第二方向上随机分布或伪随机分布，所述干涉型微结构在第二方向的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，在第一方向的特征尺寸大于6μm，且所述干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：

当光束以一入射角照射所述干涉型微结构时，若所述光束在所述基材(30)所在平面垂直并包含所述第二方向的第一平面内，则所述干涉型微结构在所述第一平面内的散射光方向上呈现第二颜色。

10.根据权利要求4所述的光学防伪元件，其特征在于，所述干涉型微结构包括多个微结构单元，多个所述微结构单元在第一方向上周期分布，在第二方向上随机或伪随机分布，所述干涉型微结构在第一方向上的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，在第二方向上的特征尺寸大于等于0.3μm且小于等于6μm，且所述干涉型微结构的至少一部分的槽深满足：

当光束以一入射角照射所述干涉型微结构时，若所述光束在与所述基材(30)所在平面垂直并包含所述第二方向的第一平面内，则所述干涉型微结构在所述第一平面内的散射光方向上呈现第二颜色，若所述光束在与所述基材(30)所在平面垂直并包含所述第一方向的第二平面内，则所述干涉型微结构在所述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。

11.根据权利要求4所述的光学防伪元件，其特征在于，所述亚波长微结构为一维光栅或二维光栅，且所述亚波长微结构的槽型包括弧形、正弦形、矩形、锯齿形中的至少一种，所述亚波长微结构在所在的二维平面内的特征尺寸大于等于0.05μm且小于等于0.5μm，所述亚波长微结构的槽深大于10nm。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，所述第一镀层(12)和/或所述第二镀层(50)包括单层镀层或多层镀层。

13.根据权利要求12所述的光学防伪元件，其特征在于，所述单层镀层包括金属反射层、半导体材料层、介质层或其组合。

14.根据权利要求12所述的光学防伪元件，其特征在于，所述多层镀层形成法布里-泊罗谐振腔。

15.根据权利要求12所述的光学防伪元件，其特征在于，所述多层镀层包括吸收层、介质层、和反射层中的至少两层或者所述多层镀层由多层介质层组成。

16.根据权利要求12所述的光学防伪元件，其特征在于，所述单层镀层或所述多层镀层形成镂空图案。

17.根据权利要求1至11中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，所述功能涂层(40)包括聚合物层、液晶光变层、油墨层、颜料层、染料层中的至少一个。

18.一种光学防伪产品，其特征在于，包括权利要求1至17中任一项所述的光学防伪元件。