双面异色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、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。
近年来，具有视窗结构的光学防伪产品，得到了广泛的应用。这类产品一般正反两侧观察甚至透射观察均具有不同的视觉效果，大大增强了抗伪造力度。例如，新版20欧元采用具有视窗结构的防伪宽条，正反两侧观察可见不同的全息数字图像，透射观察可见镂空的欧罗巴人物头像，具有强烈的视觉冲击，因而具有优异的防伪效果。再如，新版5英镑塑料钞上的防伪宽条，视窗部分的塔楼正反观察分别呈现金色和铝反射层本身呈现的铝银色，且具有全息滚动效果，透视观察塔楼的背景具有镂空透明效果。专利申请CN201080038770.5揭示了类似的光学防伪产品和制作方法。但该方法流程复杂，并且涉及价格昂贵的光刻胶，因而限制了其应用领域。
因此，寻找制作两侧具有不同颜色特征的薄膜光学防伪元件的更为简便的方法具有重要的意义。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种两侧观察具有不同颜色特征、透射观察具有镂空特征的薄膜光学防伪元件及其制作方法。该光学防伪元件与现有的具备类似防伪特征的光学防伪元件具有不同的结构，且制作过程更为简单。
为了实现上述目的，本发明提供一种光学防伪元件，包括：
起伏结构层;
反射层，位于所述起伏结构层的局部区域;
涂层，具有第一颜色特征，位于所述起伏结构层的局部区域;
其中，所述涂层位于所述起伏结构层和所述反射层之间;
其中，所述涂层和所述反射层相对所述光学防伪元件所在平面的投影位置是一致的。
可选的，所述涂层的施加量大于0.1g/m2且小于3g/m2。
优选的，所述涂层的施加量大于0.2g/m2且小于2g/m2。具有第一颜色特征的涂层的表面形成的微结构的形貌可以依赖于邻接的起伏结构层的微结构的形貌，即涂层是液体胶黏剂涂布于起伏结构自然流平的结果;也可以不依赖于邻接的起伏结构层的微结构的形貌，即具有第一颜色特征的涂层经过模压工序，改变了原有的表面结构。
可选的，所述起伏结构层具有微结构;
所述微结构为周期性结构或非周期性结构中的一种结构，或为周期性结构和非周期性结构组合的结构;
所述微结构沿延展方向的横截面结构为：
正弦型结构、矩形光栅结构、半圆形结构、闪耀光栅结构中的一种结构，或正弦型结构、矩形光栅结构、半圆形结构、闪耀光栅结构中至少任意两种结构组合的结构。
可选的，所述起伏结构层具有微结构;
所述微结构的比体积大于0.1um3/um2且小于3um3/um2。
优选的，所述微结构的比体积大于0.2um3/um2且小于2um3/um2。所谓微结构的比体积是指将光学防伪元件放置水平，设想微结构中恰好盛满的液体的体积与其投影面积的比值，其单位为um3/um2。
可选的，所述起伏结构层具有第一微结构;
所述涂层具有第二微结构;
其中，所述第二微结构的比体积小于相邻所述局部区域的位置的第一微结构的比体积。
可选的，所述涂层呈线条图案或点图案，且所述线条图案的线宽度小于0.1mm或所述点图案的点直径小于0.1mm。
可选的，所述反射层的材料包括铝、银、铜、锡、铬、镍、钛中的一种金属，或铝、银、铜、锡、铬、镍、钛中至少任意两种金属组合构成的合金，优选为铝。
可选的，所述反射层为多层干涉光变镀层。
可选的，所述多层干涉光变镀层包括：
镜面层、介电层和吸收层;
所述镜面层与所述涂层邻接;
所述镜面层的材料包括：
铝、银、铜、锡、铬、镍、钛中的一种金属，或铝、银、铜、锡、铬、镍、钛中至少任意两种金属组合构成的合金，优选为铝;
所述介电层的材料包括：
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、氧化铪或氧化锌;
所述吸收层的材料包括：
镍、铬、铝、银、铜、锡、钛中的一种金属，或镍、铬、铝、银、铜、锡、钛中至少任意两种金属组合构成的合金，优选为镍、铬。
可选的，还包括：保护层，所述保护层覆盖所述涂层。
可选的，所述反射层相对于与所述涂层邻接一侧面的另外一侧面的反射光具有第二颜色特征，所述第二颜色特征与所述第一颜色特征不同。
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)设置位于底部的基材，在所述基材上形成起伏结构层;
S2)在所述起伏结构层上的局部区域形成具有第一颜色特征的涂层;
S3)在所述起伏结构层上和所述涂层上气相沉积反射层;
S4)至少在覆盖所述涂层的反射层上形成保护层;
S5)将步骤S4)的产品置于能和所述反射层的材料反应的腐蚀氛围中，直至在所述起伏结构层上未形成所述涂层的剩余区域的反射层被全部或部分去除为止。
具体的，在步骤S2)之后且在步骤S3)之前，可以对所述涂层进行模压成型，获得具有微结构的表面的涂层。
具体的，步骤S4)包括：按照不同最小厚度方式形成保护层，所述不同最小厚度方式为覆盖所述涂层的反射层上保护层最小厚度明显大于在所述起伏结构层上未形成所述涂层的剩余区域的保护层最小厚度。
具体的，在步骤S5)之后还包括：
继续进行施加无机或者有机的镀层、或者继续进行涂层工序，以实现光学防伪功能或者辅助功能。
基于上述内容，本发明通过单反射层实现了具有透照镂空防伪特征的双面异色光学防伪结构，具有不同于现有光学防伪结构的防伪特征，制作过程简单。
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为本发明实施例的光学防伪元件俯视图;
图2为本发明具有第一表面微结构涂层实施例的沿着图案“X-X”光学防伪元件的剖面图;
图3为本发明具有第二表面微结构涂层实施例的沿着图案“X-X”光学防伪元件的剖面图;
图4为本发明实施例的起伏结构层的剖面图;
图5为本发明实施例在起伏结构层上形成具有第一表面微结构、具有第一颜色特征的涂层后的半成品剖面图;
图6为本发明实施例在起伏结构层上形成具有第二表面微结构、具有第一颜色特征的涂层后的半成品剖面图;
图7为本发明实施例在气相沉积反射层后的半成品剖面图;
图8为本发明实施例在覆盖保护层后的半成品剖面图;
图9为本发明实施例在形成其他功能涂层前光学防伪元件的剖面图。
附图标记说明
A图像区域B镂空区域
1基材 2起伏结构层
3具有第一颜色特征的涂层
4反射层 5保护层
6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1
一种光学防伪元件，所述光学防伪元件含有起伏结构层2，以及位于起伏结构层2的局部区域上的具有第一颜色特征的涂层3和反射层4，所述具有第一颜色特征的涂层3位于起伏结构层2和反射层4之间，且所述具有第一颜色特征的涂层3和反射层4的位置相对于光学防伪元件所在平面的投影是一致的。
如图1，光学防伪元件含有图像区域A、镂空区域B。图像区域A两侧观察均具有光学微结构呈现的光学效果，且在防伪元件的一侧观察具有第一颜色特征，在另一侧观察具有金属反射层本身呈现的金属色泽或者第二颜色特征，透射观察非图像区域B具有透光镂空效果。图像区域A一般以特定的图像呈现，例如所示的“PY”字母。图像或者镂空的线条的精细度可以很高，例如，可以小于0.1mm。
如图2和图3，光学防伪元件含有基材1，起伏结构层2，具有第一颜色特征的涂层3，反射层4，保护层5，其他功能涂层6。具有第一颜色特征的涂层3位于起伏结构层2和反射层4之间，且所述具有第一颜色特征的涂层3和反射层4的位置相对于光学防伪元件所在的平面是一致的。具有第一颜色特征的涂层3的表面形成的微结构横向分布可以与邻接的起伏结构层2的微结构分布相同，即涂层是液体胶黏剂涂布于起伏结构自然流平的结果，如图2所示;也可以与邻接的起伏结构层的微结构分布不相同，即第一颜色特征涂层经过模压工序，改变了原有的表面结构，如图3所示。保护层5是产品制作过程的自然产物，可以是无色的，也可以具有第二颜色特征。其他功能涂层6可以根据需要来设置，比如，作为粘结层，起与被保护的主产品粘合的作用。
结合图4至图9，一种光学防伪元件的制作方法可以以下包括步骤S1至S5。
S1、在基材1上形成起伏结构层2，如图4所示。
基材1可以是至少局部透明的，也可以是有色的介质层，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。
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。
所述起伏结构层2的微结构可以是周期性结构或非周期性结构中的一种或组合，横截面结构可以是正弦型结构、矩形光栅结构、半圆形结构、闪耀光栅结构中的一种或者组合。为便于后续去除反射层工序的需要，以及根据复制成型的难易程度，所述起伏结构层上的微结构的比体积要大于0.1um3/um2，小于3um3/um2，优选大于0.2um3/um2，小于2um3/um2。
如图2所示的光学防伪元件，反射层4的表面形貌由起伏结构层2的微结构的直接决定，因此，微结构的横向分布(如周期、方向等)应根据所需要形成的光学效果来确定。如图3所示的光学防伪元件，反射层的表面形貌与起伏结构层2的微结构的无直接关系，因此，微结构的设置只是为了后续反射层的镂空，其横向分布对最终产品没有直接影响，可以按照简易原则进行设计，例如，所有微结构的截面均为周期为10um、深度为5微米(即比体积为2.5um3/um2)的等腰三角形。
S2、在起伏结构层2的局部区域(图像区域)A上形成具有第一颜色特征的涂层3，如图5所示。
具有第一颜色特征的涂层3的形成的量一方面应保证所需产品中颜色的特征，如色调、饱和度等，另一方面应保证涂层的表面形成的微结构的比体积明显小于邻接的起伏结构层的微结构的比体积。因此，一般来说，涂层的量不宜太小。但涂布的量太大，会造成材料成本的上升。这样，所述第一颜色特征的涂层的形成的量应大于0.1g/m2，小于3g/m2，优选大于0.2g/m2，小于2g/m2。优选地，所述第一颜色特征的涂层以线条或者点的图案形成呈现，且所述线条的宽度或者点的直径小于0.1mm。对于颜色涂层和反射层精准对位的产品，这样的设计是普通印刷工艺无法实现的，因而具有更高的防伪水平。
具有第一颜色特征的涂层的形成工艺，可以是凹版印刷、凸版印刷、柔版印刷等工艺形成。就成分而言，涂层一般主要由连接料和颜料构成。连接料的主树脂可以由聚氨酯、丙烯酸、聚酯或者它们的组合构成。
要制作如图2所示的防伪元件，形成第一颜色特征的涂层之后，即可实施后续S3步骤;若要制作如图3所示的防伪元件，形成第一颜色特征的涂层之后，需进行模压成型工艺，如图6所示。模压成型后的表面微结构的形貌则不依赖于邻接的起伏结构层的微结构的形貌，因而具有更大的设计空间。无论是否进行模压成型工艺，第一颜色特征的涂层的表面形成的微结构的比体积一定要小于邻接的起伏结构层的微结构的比体积，这是能够实施后续去除反射层工序的基础。
S3、气相沉积反射层4，如图7所示。
反射层4必须具有强的反射作用，以增强第一颜色涂层上微结构呈现的光学效果。反射层4一般采用高反射的金属镀层。反射层的材料可以是Al、Cu、Ni、Cr、Ag、Fe、Sn、Au、Pt等金属或其混合物或合金，由于铝的成本低廉且亮度高，因此优选为铝。反射层4由气相沉积的方法形成，例如包括但不限于热蒸发、磁控溅射等。优选地，反射层4以均匀的表面密度、以同型覆盖或者基本同型覆盖的方式形成在第一颜色特征涂层3和起伏结构层2上。单层反射层的厚度一般选择大于10nm且小于80nm，优选大于20nm且小于50nm。反射层太薄，则亮度不够;反射层太厚，则与起伏结构层的牢度不好，并且成本上升。
反射层4也可以是多层干涉光变镀层。所述多层干涉光变镀层包括镜面层、介电层、吸收层，从吸收层一侧观察，多层干涉光变镀层不同的角度呈现不同的颜色。所述镜面层由铝、银、铜、锡、铬、镍、钛或它们的合金构成，由于铝的成本低、亮度高，因此优选为铝;所述介电层由MgF2、SiO2、ZnS、TiN、TiO2、TiO、Ti2O3、Ti3O5、Ta2O5、Nb2O5、CeO2、Bi2O3、Cr2O3、Fe2O3、HfO2或ZnO构成;所述吸收层由镍、铬、铝、银、铜、锡、钛或它们的合金构成，由于镍、铬的化学稳定性好、吸收性好，因此优选为镍、铬。镜面层一般要求与具有第一颜色特征的涂层相邻接，这样光学防伪元件一侧观察具有第一颜色特征，另一侧观察具有干涉光变特征。
S4、至少覆盖反射层的部分区域上形成保护层5，如图8所示。
形成保护层5的工艺一般采用印制工艺，具体是指将液体的胶黏剂施加到的薄膜然后干燥固化的工艺，从形成区域上讲，可以形成在薄膜的全部区域(称为涂布工艺)，也可以形成在薄膜的局部区域(称为印刷工艺)，从具体实施技术上讲，可以有喷涂，辊涂，柔印，凹印，丝印等。保护层5提供镂空工序时对图像区域A上的反射层的保护作用。如前所述，第一颜色特征的涂层的表面形成的微结构的比体积小于邻接的起伏结构层的微结构的比体积，这一条件保证了保护层5在图像区域A的反射层的最小厚度可以明显小于在镂空区域B的反射层的最小厚度。一般而言，涂层的最小厚度位于微结构的最顶部。这样，在后面的镂空工序中，在能与反射层材料4反应的腐蚀氛围中，保护层5可以提供对图像区域A的反射层的有效保护，而不能提供对镂空区域区域B的反射层4的有效保护。保护层5的主树脂可以由聚氨酯、丙烯酸、聚酯或者它们的组合构成。
在反射层4形成之后，或者保护层5形成之后，可以施加具有第二颜色特征的涂层。这样，最终的防伪元件，从一侧观察呈现第一颜色特征，从另一侧观察具有第二颜色特征。优选地，保护层5本身具有第二颜色特征。
S5、将半成品置于能和反射层材料4反应的腐蚀氛围中，直至未形成第一颜色特征涂层的区域的反射层被全部或者部分去除为止，如图8所示。
如前所述，设置保护层5的量使得其在图像区域A的反射层4的最小厚度明显小于在镂空区域B的反射层4的最小厚度。因此，介电层可以提供对图像区域A的反射层的有效保护，而不能提供对镂空区域B的反射层的有效保护。在能与反射层材料反应的腐蚀氛围中，一定时间之后，镂空区域B的反射层被腐蚀去除，而图像区域A的反射层没有或者基本没有被腐蚀。一般情况下，镂空区域B的反射层被去除后，其上的保护层也被浮脱剥离。至此，便形成了图2或3所示光学防伪元件的光学效果：从防伪元件一侧观察时图像区域呈现第一颜色特征，从另一侧观察时图像区域呈现反射层固有的金属色泽或者第二颜色特征，透射观察时具有局部镂空特征。
制作图2或3所示光学防伪元件的方法，一般还包括，在S5步骤后，印制其他功能涂层，比如，形成粘结层，起与被保护产品的粘结作用，如图2和3所示。
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。
