專利名稱：一種光學(xué)防偽元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)防偽領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)防偽元件。
技術(shù)背景
當(dāng)今，光可變(optically variable)技術(shù)廣泛用于鈔票等高防偽有價(jià)證券的公眾防偽，該技術(shù)具有裸眼可觀察的動(dòng)態(tài)圖像和顏色變化等特征，且無法利用照相機(jī)、掃描儀、 打印機(jī)等電子設(shè)備模仿或復(fù)制。目前常見的全息浮雕結(jié)構(gòu)、亞波長光柵結(jié)構(gòu)和光變(color shift)等光學(xué)防偽技術(shù)與其采用的鍍層密切相關(guān)或完全基于鍍層技術(shù)。其中，對(duì)于全息或零級(jí)技術(shù)，鍍層為銀白色(例如，采用Al)或無色透明(例如，采用&iS)，其缺乏足夠的公眾視覺吸引力；光變應(yīng)用于防偽領(lǐng)域也已經(jīng)有三十余年，但其防偽特征也有待進(jìn)一步提升與改進(jìn)。
將顏色鍍層與上述全息、亞波長表面浮雕結(jié)構(gòu)、光變相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)新型防偽特征，提高公眾易識(shí)別性并增強(qiáng)抗偽造能力。顏色鍍層技術(shù)主要有以下三種(1)采用有色金屬或金屬合金作為顏色鍍層，其鍍層顏色易于控制，大規(guī)模生產(chǎn)工藝簡單，但可選擇的顏色非常少，且不能形成光學(xué)諧振腔，不易與光柵結(jié)構(gòu)結(jié)合以產(chǎn)生新的光學(xué)效果。(2)有色涂料和反射鍍層組合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)一般是在基材上先涂布有色層或?qū)倪M(jìn)行染色后再蒸鍍反射層形成顏色鍍層，如專利ZL2007800510M. 9。這種方式可實(shí)現(xiàn)的顏色豐富，大規(guī)模生產(chǎn)工藝簡單，已在一些防偽產(chǎn)品中應(yīng)用，如用于銀行卡的中國銀聯(lián)金色全息標(biāo)等。但是，該種結(jié)構(gòu)同樣不能形成光學(xué)諧振腔，與亞波長結(jié)構(gòu)結(jié)合無法產(chǎn)生期望的傾斜顏色變化或旋轉(zhuǎn)顏色變化效果。(3)采用反射層/介質(zhì)層或反射層/介質(zhì)層/吸收層作為鍍層結(jié)構(gòu)，但其介質(zhì)層的材料一般為鈦、鉻等金屬的氧化物、氮化物或碳化物，且厚度需要為0. 6微米-1. 2微米或者更厚而且這些化合物一般采用電泳法、離子鍍和磁控濺射法等獲得。電泳法與離子鍍法需要基材導(dǎo)電，磁控濺射法沉積速率低，而且基材上需加熱和施加電場偏壓，均不適合在 PET等塑料基材上大規(guī)模生產(chǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的鍍層顏色不豐富、不利于大規(guī)模生產(chǎn)或者不能與光柵結(jié)構(gòu)相組合等缺陷，提供一種鍍層顏色豐富、適于大規(guī)模生產(chǎn)且能夠與光柵結(jié)構(gòu)相結(jié)合的光學(xué)防偽元件。
本發(fā)明提供一種光學(xué)防偽元件，該光學(xué)防偽元件包括基材和第一鍍層，所述基材包括第一表面和第二表面，所述第一鍍層包括形成于全部或部分所述第一表面上的第一反射層以及形成于所述第一反射層上的第一介質(zhì)層，并且所述第一介質(zhì)層由折射率大于1.8 的介質(zhì)材料形成。
由于根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)防偽元件的第一鍍層是多層膜結(jié)構(gòu)，當(dāng)光線到達(dá)第一鍍層表面時(shí)，會(huì)在第一鍍層與空氣的界面發(fā)生反射，從而部分光線反射回空氣中，而其他光線則進(jìn)入第一鍍層中并經(jīng)第一鍍層與基材的界面處被反射后重新從第一鍍層與空氣的界面出射，由于折射率大于1.8的介質(zhì)層的存在使得反射和出射光線之間存在一定的光程差，從而發(fā)生光的干涉相長或相消，使得第一鍍層產(chǎn)生特定的反射顏色，當(dāng)?shù)谝诲儗拥慕Y(jié)構(gòu)和第一鍍層中各層的材料及厚度被選定之后，第一鍍層所呈現(xiàn)的顏色在各種觀察角度基本保持不變，而通過改變第一鍍層的結(jié)構(gòu)和第一鍍層中各層的材料及厚度則能夠使第一鍍層產(chǎn)生各種顏色，因此根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)防偽元件能夠產(chǎn)生豐富的色彩。另外，由于第一鍍層的結(jié)構(gòu)簡單，所以能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并且由于對(duì)第一鍍層的制備方法沒有特殊的要求，例如第一鍍層可以通過真空蒸鍍的方式制備，這使得能夠保持基材上的光柵浮雕結(jié)構(gòu)，而且這種顏色鍍層本身能夠形成光學(xué)諧振腔，易于與光柵結(jié)構(gòu)特別是亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的衍射作用相結(jié)合，從而能夠?qū)崿F(xiàn)新型的光學(xué)效果。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件的剖面圖2是圖1所示的光學(xué)防偽元件的一種反射光譜圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件的剖面圖4是圖3所示的光學(xué)防偽元件的一種反射光譜圖5是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的具有鏤空結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的剖面圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有鏤空結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的剖面圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有鏤空結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的剖面圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有鏤空結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的剖面圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的剖面圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的剖面圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的剖面圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的剖面圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有根據(jù)本發(fā)明的鍍層結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有技術(shù)的光變鍍層結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的剖面圖。具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)防偽元件。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件1的剖面圖，其中，該光學(xué)防偽元件1包括基材20和第一鍍層30，所述基材20包括第一表面和第二表面，所述第一鍍層 30包括形成于所述第一表面上的反射層31以及形成于所述反射層31上的介質(zhì)層32，并且所述介質(zhì)層32由折射率大于1. 8的介質(zhì)材料形成。
根據(jù)圖1所示的實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件，當(dāng)基材20的第一表面為平坦表面時(shí)， 第一鍍層30所呈現(xiàn)的顏色會(huì)隨著反射層31和介質(zhì)層32材料和厚度的不同而不同，但是當(dāng)反射層31和介質(zhì)層32的材料和厚度被選定時(shí)，在自然光照明條件下，其在各種觀察角度下都能夠呈現(xiàn)基本不變的顏色。例如，選定反射層31的材料為Cu、厚度為60nm，介質(zhì)層32的材料為SiS、厚度為22nm，基材20為(聚對(duì)苯二甲酸二醇酯(PET)基材，其中第一鍍層30 可以通過電阻加熱蒸發(fā)的方式沉積在PET基材上。則從ZnS方向觀察光學(xué)防偽元件1其呈現(xiàn)橙紅色，當(dāng)偏轉(zhuǎn)觀察角度時(shí)，該光學(xué)防偽元件1仍然呈現(xiàn)橙紅色，因?yàn)槠浞瓷涔庾V隨著觀察角度的變化未發(fā)生明顯改變。圖2示出了該光學(xué)防偽元件1的反射光譜，可以發(fā)現(xiàn)，其反射光譜基本不變，并且反射光譜在550nm至750nm的波長范圍內(nèi)反射率較高。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件1的剖面圖，該光學(xué)防偽元件1包括基材20和第一鍍層30，所述基材20包括第一表面和第二表面，所述第一鍍層30 包括形成于所述第一表面上的反射層31、形成于所述反射層31上的介質(zhì)層32以及形成于所述介質(zhì)層32上的吸收層33，所述介質(zhì)層32也是由折射率大于1. 8的介質(zhì)材料形成。
當(dāng)基材20的第一表面為平坦表面時(shí)，根據(jù)圖3所示的實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件1 與根據(jù)圖ι所示實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件1具有類似的光學(xué)特性。例如，選定反射層31的材料為Al、厚度為60nm，介質(zhì)層32的材料為TiO2、厚度為55nm，吸收層33的材料為Cr、厚度為6nm，其中反射層31和吸收層33可以通過電阻加熱蒸發(fā)的方式形成而介質(zhì)層32可以通過電子束蒸發(fā)的方式形成。應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所述的反射層31、介質(zhì)層32和吸收層33 的形成方式僅是示例，其也可以通過其他方式形成。則從Cr方向觀察光學(xué)防偽元件1其呈現(xiàn)藍(lán)色，當(dāng)偏轉(zhuǎn)觀察角度時(shí)，該光學(xué)防偽元件1仍然呈現(xiàn)藍(lán)色，因?yàn)槠浞瓷涔庾V隨著觀察角度的變化未發(fā)生明顯改變。圖4示出了該光學(xué)防偽元件1的反射光譜，可以發(fā)現(xiàn)，其反射光譜基本不變，并且反射光譜在400nm至450nm的波長范圍內(nèi)反射率較高。
為了構(gòu)成文字、標(biāo)識(shí)等圖案，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件的鍍層還可以具有鏤空結(jié)構(gòu)40。如圖5所示，光學(xué)防偽元件1的基材20具有第一表面50，在第一表面50 的部分區(qū)域上形成第一鍍層30，該第一鍍層30包括反射層31和介質(zhì)層32，而在第一表面 50的另一部分區(qū)域上沒有覆蓋任何的鍍層(即直接向外界暴露基材20的第一表面50)，即形成鏤空結(jié)構(gòu)40。
圖6示出了由反射層31和介質(zhì)層32形成的第一鍍層30的另一種鏤空結(jié)構(gòu)40。 在該鏤空結(jié)構(gòu)40中，在基材20的第一表面50上僅形成有反射層31。在該實(shí)施方式中，鏤空結(jié)構(gòu)40呈現(xiàn)的是反射層31的材料的顏色，從而，第一鍍層30與鏤空結(jié)構(gòu)40相結(jié)合形成圖文特征。圖7示出了由反射層31和介質(zhì)層32形成的第一鍍層30的另一種鏤空結(jié)構(gòu)40。 在該鏤空結(jié)構(gòu)40中，在基材20的第一表面50上僅形成有介質(zhì)層32。在該實(shí)施方式中，鏤空結(jié)構(gòu)40呈現(xiàn)的是介質(zhì)層32的材料的顏色，當(dāng)介質(zhì)層32的材料為透明材料時(shí)可以直接觀察到基材20。從而，第一鍍層30與鏤空結(jié)構(gòu)40相結(jié)合形成圖文特征。
對(duì)于圖3所示的由反射層31、介質(zhì)層32和吸收層33構(gòu)成的第一鍍層30而言，也可以形成鏤空結(jié)構(gòu)。其中，該鏤空結(jié)構(gòu)可以包括以下中的至少一者形成于第一表面50上的介質(zhì)層32和形成于介質(zhì)層32上的吸收層33 ；形成于第一表面50上的反射層31和形成于反射層31上的介質(zhì)層32 ；形成于第一表面50上的反射層31和形成于反射層31上的吸收層33 ；形成于第一表面50上的吸收層33 ；形成于第一表面50上的介質(zhì)層32 ；以及形成于第一表面50上的反射層31。圖8給出了其中的一個(gè)示例當(dāng)然，基材20的至少一部分第一表面50上也可以不覆蓋任何的鍍層(即基材20的第一表面50直接暴露于外部)。通過將上述鏤空結(jié)構(gòu)域第一鍍層30相結(jié)合能夠形成各種期望的圖文特征。6
當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件1的基材20的至少部分第一表面50 以及形成于該部分第一表面50上的鍍層30還可以具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70，如圖9的剖面圖所示。在圖9中，60表示基材20的第二表面。圖9僅是一個(gè)示例，實(shí)際上，該亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70可以與上面描述的任何一種或多種鍍層結(jié)構(gòu)、鏤空結(jié)構(gòu)相結(jié)合并且可以具有可變的槽深、槽型和周期。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的鍍層結(jié)構(gòu)與亞波長浮雕結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)，會(huì)使得所形成的光學(xué)防偽元件1具有下述一種或多種光學(xué)特征a、覆蓋亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的鍍層區(qū)域與具有相同參數(shù)但未覆蓋亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的鍍層區(qū)域所呈現(xiàn)的顏色不同；b、當(dāng)所述光學(xué)防偽元件1在自身平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，覆蓋亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的鍍層區(qū)域所呈現(xiàn)的顏色發(fā)生變化；C、覆蓋亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的鍍層區(qū)域的反射光具有偏振性；d、當(dāng)偏振鏡與該光學(xué)防偽元件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，覆蓋亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的鍍層區(qū)域所呈現(xiàn)的顏色會(huì)發(fā)生變化。而當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的鍍層結(jié)構(gòu)與全息浮雕結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)，會(huì)使得所形成的光學(xué)防偽元件1具有以下光學(xué)特征a、未覆蓋全息浮雕的區(qū)域呈現(xiàn)該顏色鍍層的顏色；b、覆蓋全息浮雕結(jié)構(gòu)的區(qū)域呈現(xiàn)彩虹色。
另外，亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70的槽深是可變的，并且所述槽深可以位于IOnm至500nm 的范圍內(nèi)，優(yōu)選位于50nm至300nm的范圍內(nèi)。另外，所述亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70的槽型是可變的，例如，其可以是正弦形、矩形、鋸齒形等，并且可以是一維光柵和/或二維光柵，而且，所述二維光柵的柵格分布為正交結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、二維布拉維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、隨機(jī)結(jié)構(gòu)中的一種或其組合或者其他結(jié)構(gòu)。另外，所述亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70在χ方向和/或y方向上的特征尺寸可以為50nm至500nm，優(yōu)選為200nm至400nm，而且，當(dāng)一個(gè)方向上的特征尺寸滿足要求時(shí)， 另一方向上的特征尺寸可以不受上述范圍的限制。
下面以若干示例來對(duì)具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件1的特性進(jìn)行說明。
在一個(gè)優(yōu)選示例中，基材20的部分第一表面50具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70，該亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70為一維矩形光柵結(jié)構(gòu)，其周期為^Onm、槽深為80nm，占空比為0. 85，位于該亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70上的第一鍍層30的反射層Al的厚度為60nm、介質(zhì)層ZnS的厚度為150nm 以及吸收層Cr的厚度為6nm，而基材20的另一部分第一表面50是非亞波長浮雕結(jié)構(gòu)并且其上覆蓋有與亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70上所覆蓋的第一鍍層30相同參數(shù)的鍍層。則在垂直觀察時(shí)，該光學(xué)防偽元件1的亞波長浮雕結(jié)構(gòu)部分呈現(xiàn)金黃色、非亞波長浮雕結(jié)構(gòu)部分呈現(xiàn)洋紅色；在一定傾斜角度觀察上述防偽元件，其亞波長浮雕結(jié)構(gòu)部分的顏色由黃色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，而非亞波長浮雕結(jié)構(gòu)部分保持洋紅色不變；此時(shí)水平90°旋轉(zhuǎn)該防偽元件，其亞波長浮雕結(jié)構(gòu)部分的顏色從綠色變?yōu)榻瘘S色，而非亞波長浮雕結(jié)構(gòu)部分保持洋紅色不變；利用偏振鏡垂直觀察并與該光學(xué)防偽元件發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其亞波長浮雕結(jié)構(gòu)部分的顏色由金黃色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，而非亞波長浮雕結(jié)構(gòu)部分保持洋紅色不變。
在根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選示例中，基材20的第一表面50上覆蓋有兩種方向相互垂直的亞波長光柵，并且該亞波長光柵上覆蓋有根據(jù)本發(fā)明的鍍層結(jié)構(gòu)。在垂直觀察時(shí)，兩垂直光柵區(qū)域上的鍍層呈現(xiàn)的顏色都為金黃色。一定角度傾斜觀察時(shí)，一個(gè)方向光柵上的鍍層顏色保持金黃色不變，另一方向光柵上的鍍層的顏色從金黃色變?yōu)榫G色；此時(shí)90°旋轉(zhuǎn)該防偽元件，兩個(gè)方向垂直的光柵區(qū)域顏色發(fā)生“金黃色-綠色”的顏色交換。利用該特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)垂直觀察時(shí)隱藏，傾斜和旋轉(zhuǎn)時(shí)圖文顯現(xiàn)的光學(xué)特征。
在根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選示例式中，基材20的第一表面50的部分區(qū)域具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70并且亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70為二維蜂窩結(jié)構(gòu)，其槽型為正弦形，χ方向上的周期都為^Onm，y方向上的周期都為350nm，槽深為180nm，第一鍍層30的反射層Al的厚度為 60nm、介質(zhì)層SiS的厚度為150nm以及吸收層Cr的厚度為6nm。則具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的鍍層區(qū)域呈現(xiàn)綠色，而不具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的鍍層區(qū)域呈現(xiàn)紅色。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件1的又一優(yōu)選實(shí)施方式的剖面圖。該光學(xué)防偽元件1包括基材20，基材20的第一表面50包含若干區(qū)域，而且不同的區(qū)域內(nèi)具有不同的亞波長浮雕結(jié)構(gòu)701和702，并且亞波長浮雕結(jié)構(gòu)701和702上都至少部分覆蓋有鍍層30。作為一個(gè)示例，當(dāng)亞波長浮雕結(jié)構(gòu)701和702均為矩形同方向光柵，周期分別為350nm和^Onm，槽深同為90nm，并且鍍層30的反射層Al的厚度為60nm、 介質(zhì)層SiS的厚度為125nm和吸收層Cr的厚度為6nm時(shí)，具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)701和702 的鍍層的顏色分別為綠色和藍(lán)色，而不具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的鍍層的顏色為黃色，并且其具有類似于圖9的實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)和傾斜顏色變化光學(xué)特征。
圖11示出了具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的光學(xué)防偽元件的另一實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，光學(xué)防偽元件1包含基材20，基材20的第一表面50包含若干區(qū)域，并且不同的區(qū)域內(nèi)的鍍層的參數(shù)結(jié)構(gòu)不同。作為一個(gè)示例，鍍層301的反射層Al的厚度為60nm、介質(zhì)層ZnS 的厚度為125nm和吸收層/Cr的厚度為6nm，而鍍層302的反射層Al的厚度為60nm、介質(zhì)層SiS的厚度為150nm和吸收層Cr的厚度為6nm，鍍層301和鍍層302覆蓋在具有相同結(jié)構(gòu)參數(shù)的亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70上，其中亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70為矩形光柵，周期為350nm，槽深為 90nm。則鍍層301呈現(xiàn)綠色，而鍍層302呈現(xiàn)黃色。根據(jù)該實(shí)施方式的光學(xué)防偽元件也具有類似于圖8所示的實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)和傾斜顏色變化特征。
圖12示出了亞波長浮雕結(jié)構(gòu)和鏤空結(jié)構(gòu)相結(jié)合的光學(xué)防偽元件的剖面圖。其中， 光學(xué)防偽元件1包含基材20，基材20包括第一表面50和第二表面60，至少部分第一表面 50具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70，并且部分亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70上覆蓋有由反射層31和介質(zhì)層32 所構(gòu)成的鍍層，而部分亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70上覆蓋有由介質(zhì)層32形成的鍍層，從而形成了鏤空結(jié)構(gòu)40。鏤空區(qū)域40中的介質(zhì)層32與亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70相匹配形成一種光學(xué)效果；而包含反射層31和介質(zhì)層32的鍍層結(jié)合亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70形成了另一種光學(xué)效果。作為一個(gè)示例，亞波長浮雕結(jié)構(gòu)70為正弦光柵，周期為350nm，槽深為130nm ；反射層31為60nm 厚的鋁；介質(zhì)層32為135nm厚的SiS。則垂直觀察時(shí)鏤空結(jié)構(gòu)40呈現(xiàn)暗紅色，而鏤空結(jié)構(gòu)之外的區(qū)域呈現(xiàn)淡藍(lán)色，二者結(jié)合可以形成鏤空圖文特征。
應(yīng)當(dāng)理解的是，圖9、圖10和圖11、圖12僅是示例，實(shí)際上，亞波長浮雕結(jié)構(gòu)可以與上面描述的任何鍍層結(jié)構(gòu)和鏤空相結(jié)合來形成高防偽的光學(xué)防偽元件。
在根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)防偽元件還可以包括現(xiàn)有技術(shù)中的光變鍍層結(jié)構(gòu)，其中上述所述根據(jù)本發(fā)明的鍍層結(jié)構(gòu)可以與該光變鍍層相結(jié)合形成各種圖形特征。其中該光變鍍層包括形成于所述第一表面50上的第一反射層、由低折射率(例如，折射率小于1.8)的介質(zhì)材料形成的位于所述第一反射層上的第一介質(zhì)層以及形成于所述第一介質(zhì)層上的第一吸收層。圖13示出了這種結(jié)構(gòu)的一種剖面圖。
在圖13中，光學(xué)防偽元件1包括基材20，基材20包括第一表面50和第二表面60， 基材20的部分第一表面50上覆蓋有根據(jù)本發(fā)明的鍍層30，基材20的另一部分第一表面50 上覆蓋有光變鍍層90。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，可以使得鍍層30與光變鍍層90在某一觀察角度下具有相同或相近的顏色，而其他觀察角度下出現(xiàn)顏色區(qū)分。該顏色匹配角度可以按要求設(shè)計(jì)為任意角度。作為一個(gè)示例，光變鍍層90的反射層Al的厚度為60nm、介質(zhì)層S^2的厚度為385nm和吸收層Cr的厚度為5nm，根據(jù)本發(fā)明的鍍層30的反射層Al的厚度為60nm、 介質(zhì)層ZnS的厚度為130nm和吸收層Cr的厚度為5nm。則在垂直觀察時(shí)，光變鍍層90與鍍層30均呈現(xiàn)黃色；當(dāng)傾斜40°觀察時(shí)，光變鍍層90區(qū)域的顏色變?yōu)榫G色，而鍍層30區(qū)域仍保持黃色。
應(yīng)當(dāng)理解的是，圖13僅是示例，實(shí)際上，光變鍍層90可以與上面描述的根據(jù)本發(fā)明的任何鍍層結(jié)構(gòu)相結(jié)合來形成各種圖文特征。
另外，上文中描述的鏤空結(jié)構(gòu)40可以通過激光燒蝕、選擇性沉積、化學(xué)腐蝕、剝離 (lift off)等方式實(shí)現(xiàn)。上文中描述的根據(jù)本發(fā)明的鍍層結(jié)構(gòu)中的各層可以通過熱蒸發(fā)、 電子束蒸發(fā)、磁控濺射法、離子濺射法、脈沖激光沉積等方法實(shí)現(xiàn)。上文中描述的亞波長浮雕結(jié)構(gòu)可以通過全息干涉法、激光直刻技術(shù)、電子束刻蝕技術(shù)等方法制作母版，通過電鑄工藝制成工作版、再通過模壓、UV復(fù)制等生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)移到基材20上。
另外，上面描述的根據(jù)本發(fā)明的鍍層中的各個(gè)反射層的厚度通常大于20nm，優(yōu)選大于40nm，并且其可以由選自金、銀、銅、鋁及其混合物和合金等所組成的組中的一種或多種金屬材料形成。
另外，上面描述的根據(jù)本發(fā)明的鍍層中的各個(gè)介質(zhì)層的材料可以是SiS、TiN、 TiO2, TiO、Ti203、Ti3O5, Ta2O5, Nb2O5, CeO2, Bi203、Cr2O3, Fe2O3 等，并且其厚度可以為 IOnm 至 500nm,優(yōu)選為 20nm 至 200nm。
另外，上面描述的根據(jù)本發(fā)明的鍍層中的各個(gè)吸收層可以由選自鉻、鎳、銅、鈷、 鈦、釩、鎢、錫、硅、鍺及其混合物和合金所組成的組中的一種或多種材料形成，并且其厚度可以為2nm-30nm。
另外，上面描述的根據(jù)本發(fā)明的鍍層中的基材可以為透明或非透明、有色或無色的薄膜。例如可以是聚對(duì)苯二甲酸二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、金屬、玻璃和紙張等，并且其厚度可以為5微米至500微米，優(yōu)選為10微米至100微米。
在基材20的第一表面50為平坦表面的情況下，根據(jù)本發(fā)明的鍍層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可利用Maxwell方程計(jì)算電場和磁場矢量經(jīng)過各層和各界面處的強(qiáng)度和相位變化，并考慮邊界條件，以獲得金屬和介質(zhì)各層以及各界面對(duì)光線產(chǎn)生的相位差和強(qiáng)度變化參數(shù)。具體計(jì)算時(shí)，可將單一鍍層或多層鍍層和其界面考慮為虛擬的等效界面，通過計(jì)算組合導(dǎo)納和膜層的特征矩陣獲得光線在鍍層中傳播的全部信息，特別是強(qiáng)度隨波長的變化關(guān)系，即鍍層的反射光譜。最后通過將反射光譜與三刺激值函數(shù)進(jìn)行積分獲得鍍層的在CIE色彩空間中顏色坐標(biāo)。以上過程可利用現(xiàn)有的商用軟件進(jìn)行模擬計(jì)算。
在基材20的第一表面50具有亞波長浮雕結(jié)構(gòu)時(shí)，所述光學(xué)防偽元件1的光學(xué)特征由亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的周期、槽深、槽型以及根據(jù)本發(fā)明的鍍層的各層厚度、材料折射率等參數(shù)共同決定。設(shè)計(jì)時(shí)，需利用嚴(yán)格耦合波法(RCW)、時(shí)域有限差分法(FDTD)等矢量衍射理論，結(jié)合邊界條件求解麥克斯韋方程組。矢量衍射理論雖在文獻(xiàn)中有詳細(xì)的論述(《微光學(xué)與系統(tǒng)》，楊國光編著，浙江大學(xué)出版社)，但由于微結(jié)構(gòu)、鍍層結(jié)構(gòu)、材料光學(xué)參數(shù)和界面條件的復(fù)雜特性，目前還沒有一款通用的、功能齊備的計(jì)算設(shè)計(jì)軟件。現(xiàn)有的商用軟件如 Rsoft,Gsolver, Optiwave等只局限于解決某一種或幾種具體的問題。因此，需從基本理論出發(fā)，根據(jù)問題的具體情況以及要實(shí)現(xiàn)光學(xué)特征設(shè)計(jì)算法、編程計(jì)算，最終確定各方面設(shè)計(jì)參數(shù)，例如亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的槽深、槽型、占空比以及χ方向或/和y方向上的特征尺寸，根據(jù)本發(fā)明的鍍層的層數(shù)以及各層厚度、金屬材料、介質(zhì)材料、基材材料等。
另外，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)防偽元件可以制作成開窗安全線、貼條，貼標(biāo)等產(chǎn)品形式。為了方便在產(chǎn)品上應(yīng)用，該光學(xué)防偽元件1的一面或者兩面涂有粘結(jié)膠，以便通過燙印或粘貼等工藝附著在承載物上。而且，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)防偽元件可以應(yīng)用于鈔票、證卡和高檔商品等高安全或高附加值的產(chǎn)品上。
應(yīng)當(dāng)理解，上面僅參照優(yōu)選實(shí)施方式描述了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)防偽元件，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明做出各種變形和修改。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)防偽元件，該光學(xué)防偽元件包括基材和第一鍍層，所述基材包括第一表面和第二表面，所述第一鍍層包括形成于全部或部分所述第一表面上的第一反射層以及形成于所述第一反射層上的第一介質(zhì)層，并且所述第一介質(zhì)層由折射率大于1.8的介質(zhì)材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)防偽元件，其中，當(dāng)所述第一反射層形成在部分所述第一表面上時(shí)，所述光學(xué)防偽元件還包括第二鍍層，所述第二鍍層包括形成于所述第一表面上的第二反射層和/或形成于所述第一表面上的第二介質(zhì)層，其中，所述第二介質(zhì)層由折射率大于1. 8的介質(zhì)材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述第一鍍層還包括形成于所述第一介質(zhì)層上的第一吸收層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)防偽元件，其中，當(dāng)所述第一反射層形成在部分所述第一表面上時(shí)，所述光學(xué)防偽元件還包括第三鍍層，所述第三鍍層包括以下中的至少一者形成于所述第一表面上的第三介質(zhì)層和形成于所述第三介質(zhì)層上的第二吸收層；形成于所述第一表面上的第三反射層和形成于所述第三反射層上的第四介質(zhì)層；形成于所述第一表面上的第四反射層和形成于所述第四反射層上的第三吸收層；形成于所述第一表面上的第四吸收層；形成于所述第一表面上的第五介質(zhì)層；形成于所述第一表面上的第五反射層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)防偽元件，其中，至少部分所述第一表面以及形成于該部分第一表面上的相應(yīng)鍍層為亞波長浮雕結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的周期是可變的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的槽深是可變的， 并且所述槽深位于IOnm至500nm的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述槽深位于50nm至300nm的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述亞波長浮雕結(jié)構(gòu)的槽型是可變的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述槽型為正弦形、矩形、鋸齒形中的至少一者。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述亞波長浮雕結(jié)構(gòu)為一維光柵和/ 或二維光柵。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述二維光柵的柵格分布為正交結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、二維布拉維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、隨機(jī)結(jié)構(gòu)中的一種或其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述亞波長浮雕結(jié)構(gòu)在χ方向和/或y方向上的特征尺寸為50nm至500nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述亞波長浮雕結(jié)構(gòu)在χ方向和/或 y方向上的特征尺寸為200nm至400nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至4和6至12中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)防偽元件，其中，各個(gè)鍍層中的相應(yīng)層的厚度是可變的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述光學(xué)防偽元件還包括第四鍍層，所述第四鍍層包括形成于所述第一表面上的第六反射層、由折射率小于1. 8的低折射率的介質(zhì)材料形成的位于所述第六反射層上的第六介質(zhì)層以及形成于所述第六介質(zhì)層上的第五吸收層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述第一反射層的厚度大于20nm，并且由選自金、銀、銅、鋁及其混合物和合金組成的組中的一種或多種材料形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述第一介質(zhì)層由選自SiS、TiN、 TiO2, TiO、Ti203、Ti3O5, Ta2O5, Nb2O5, CeO2, Bi203、Cr2O3^Fe2O3 中的任一材料形成，并且所述第一介質(zhì)層的厚度為IOnm至500nm。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述第一介質(zhì)層的厚度為20nm至 200nm。
20.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述第一吸收層由選自鉻、鎳、銅、鈷、 鈦、釩、鎢、錫、硅、鍺及其混合物和合金組成的組中的一種或多種材料形成，并且，所述第一吸收層的厚度為2nm-30nm。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述基材為透明或非透明、有色或無色的薄膜，并且所述基材的厚度為5微米至500微米。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述基材的厚度為10微米至100微米。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)防偽元件，其中，所述基材由選自聚對(duì)苯二甲酸二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚丙烯中的至少一種材料形成。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的鍍層顏色不豐富、不利于大規(guī)模生產(chǎn)或者不能與光柵結(jié)構(gòu)相組合等缺陷，提供一種鍍層顏色豐富、適于大規(guī)模生產(chǎn)且能夠與光柵結(jié)構(gòu)相結(jié)合的光學(xué)防偽元件。本發(fā)明提供一種光學(xué)防偽元件，該光學(xué)防偽元件包括基材和第一鍍層，所述基材包括第一表面和第二表面，所述第一鍍層包括形成于全部或部分所述第一表面上的第一反射層以及形成于所述第一反射層上的第一介質(zhì)層，并且所述第一介質(zhì)層由折射率大于1.8的介質(zhì)材料形成。
文檔編號(hào)B32B27/36GK102501500SQ2011104099
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者孫凱, 張寶利, 張巍巍, 朱軍, 王曉利 申請人:中國印鈔造幣總公司, 中鈔特種防偽科技有限公司