一种基于微透镜阵列的图文防伪结构及其制备方法与流程

本发明属于防伪器件领域，具体涉及一种基于微透镜阵列的图文防伪结构及其制备方法。

背景技术：

微透镜阵列是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。例如，将微透镜阵列应用于微图文上，利用微透镜和摩尔放大技术，将对应的微缩图文放大，通过设计，可以呈现出人眼可见的放大的清晰图文，并具备动感和景深效果。实践中，常常将微透镜阵列应用于微图文防伪领域。其具有工艺程序复杂、难度高且普通大众容易识别的特点，有望成为新一代高端大众防伪技术的主流技术方案。目前已经广泛应用于钞票、身份证件、有价证券等物品，比如美元、韩元、墨西哥币、丹麦克朗、智利比索、英镑等纸币安全线。

具体来说，微透镜阵列再现微图文技术产品中，一般包括微透镜阵列层和图文层。作为最重要的光学元件层，微透镜阵列层的光学特点决定了整个防伪器件的性能。通常情况下，在防伪技术领域，尤其是微图文防伪技术领域，微图文的结构非常惊喜，文字笔画的粗细甚至可以达到5微米以下，字高达到20微米以下。在实际的制备过程中，微图文的这种尺寸大小远远超出了传统印刷技术的极限。针对这个问题，现有技术一般是采用全息光刻制备微图文，但是利用这种方法制备得到的产品，其镀铝效果较差，微图文的对比度不足，产品最后呈现出来的效果图案不够清晰。而针对微图文本身对比度的问题，现有技术中采取了有色印刷的方法。具体来说就是，微沟槽填充法，其将微图文区域做成沟槽结构，然后向沟槽中填充有色油墨。但是这种制备方法对于油墨填充和印刷工艺的要求都很高，实际的操作中控制难度也很大。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于微透镜阵列的图文防伪结构及其制备方法，至少可以部分解决上述问题。本发明技术方案针对目前微图文结构印刷效果差，图文效果不好的情况，采用两级凹凸结构设计，且采用不同的涂层对凹凸结构进行对比突出，结合微透镜阵列，有效提高了图文防伪薄膜的安全性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于微透镜阵列的图文防伪结构的制备方法，其特征在于，包括，

s1将uv固化材料或热塑性树脂涂料均匀涂布在基材层一侧，在该涂层上通过uv压印或热压印的方式，压印出均匀分布的、包含有图文信息的凹凸结构，形成结构层；

s2在凹凸结构的凸起面上均匀地涂布一层挥发层，凹陷面上不涂布挥发层，所述挥发层由挥发性物质涂布形成，具有挥发性；

s3在结构层凹凸结构的上沉积金属层，其中没有硅油的区域沉积有金属层，涂布有硅油的区域不沉积金属层，以获取凹陷面沉积金属层、凸起面不沉积金属层的镂空结构；

s4在金属层的基础上满版印刷油墨层，赋予没有金属层覆盖的结构层以颜色，从而在基材层一侧可以观察到结构层、金属层和油墨层共同形成具有颜色的、边缘清晰的图文信息结构；

s5在油墨层上制备背胶层，获得图文防伪结构。

作为本发明技术方案的一个优选，其中还包括，在基材层的另一侧均匀涂布uv固化材料获得第二涂层，通过纳米压印在所述第二涂层上形成微透镜阵列，所述微透镜阵列与结构层的凹凸结构相匹配，从而使得所述凹凸结构呈现出更加美观的效果，增强防伪性。

按照本发明技术方案的一个方面，提供了一种基于微透镜阵列的图文防伪结构的制备方法，其特征在于，包括，

s1’将uv固化材料或热塑性树脂涂料均匀涂布在基材层一侧，在该涂层上通过uv压印或热压印的方式，压印出包含有图文信息的凹凸结构，形成结构层；

s2’在凹凸结构的上均匀地涂布一层挥发性涂料至同一高度，形成凹陷面厚度大，凸起面厚度小的挥发层；

s3’在结构层凹凸结构上沉积金属层，在凸起面上挥发层挥发完全并形成一定厚度的铝层、凹陷面上挥发层尚未挥发完全时停止沉积，获取凸起面沉积金属层、凹陷面不沉积金属层的镂空结构；

s4’在金属层的基础上满版印刷油墨层，赋予没有金属层覆盖的结构层以颜色，从而在基材层一侧可以观察到结构层、金属层和油墨层共同形成具有颜色的、边缘清晰的图文信息结构；

s5’将背胶层涂布在油墨层上，获得图文防伪结构。

作为本发明技术方案的一个优选，其中还包括，在基材层的另一侧均匀涂布uv固化材料获得第二涂层，通过纳米压印在所述第二涂层上形成微透镜阵列，所述微透镜阵列与结构层的凹凸结构相匹配，从而使得所述凹凸结构呈现出更加美观的效果，增强防伪性。

按照本发明技术方案的一个方面，提供了一种根据权利要求1～4任一项所述制备方法制备获得的图文防伪结构，包括依次层叠设置的基材层、微图文层和背胶层，其中，所述基材层作为最外侧的保护层，所述胶层用于与标识物表面贴合，其特征在于，

所述微图文层包括依次层叠的结构层、金属层和油墨层，所述结构层一侧紧邻基材层，另一侧设置有含有图文信息的凹凸结构，所述凹凸结构的凹陷面上附有铝层，油墨层紧邻凹凸结构的凸起面设置，并与凹陷面的铝层相贴合；或

所述微图文层包括依次层叠的结构层、金属层和油墨层，所述结构层一侧紧邻基材层，另一侧设置有含有图文信息的凹凸结构，所述凹凸结构的凸起面上附有铝层，油墨层紧邻凹凸结构的凹陷面设置，并与凹陷面的铝层相贴合；

以此方式，所述铝层与油墨层相互对比凸显出结构层的图文结构，形成在凹凸结构中局部镀铝的镂空效果，可以提高图文信息的防伪效果。

作为本发明技术方案的一个优选，图文防伪结构还包括微透镜阵列层，其与微图文层分别设置在基材层两侧；所述微透镜阵列层包括多个以阵列形式排布的微型透镜。

作为本发明技术方案的一个优选，凹凸结构的上表面和下表面高度差为0.3-5微米。

作为本发明技术方案的一个优选，多个阵列排布的微型透镜的焦距优选相等。

作为本发明技术方案的一个优选，微透镜阵列的排列周期优选与结构层的微图文相匹配。

作为本发明技术方案的一个优选，基膜层的厚度与微型透镜的焦距相匹配，所述凹凸结构优选恰好位于微型透镜的焦点上。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明技术方案，在基材层上增加了微透镜层，其中包含有多个微型透镜，透镜阵列与基材层另一侧包含有图文信息的凹凸结构相对应，即每个微型透镜都对应着一个凹凸结构，且凹凸结构位于对应的微型透镜的焦距上，在微型透镜的光学作用下，可以更好地呈现出凹凸结构中所包含的图文防伪信息，从而使得薄膜具有更好的防伪效果。

2)本发明技术方案，图文信息区域和背景区域处于不同的高度，且信息区域和背景区域可以分别着以油墨或衬以铝层，利用这一特性，可以在结构层的凹凸结构上局部沉积铝层，在没有铝层的结构层上印刷油墨，所获得的金属层局部镂空的彩色微图文信息，在微透镜阵列的作用下，呈现出上浮或下沉的动态的彩色图文防伪效果。

3)本发明技术方案，通过挥发层控制局部沉积金属层的方式可以准确的勾勒出凹凸结构的边缘界限，在油墨层与金属层的对比下，所获得的微图文的结构清晰、色彩艳丽，具有较高的观赏艺术性，防伪能力较强，且制备方法相对简单，容易批量化生产。

附图说明

图1是本发明技术方案的实施例中图文防伪薄膜的结构图；

图2是本发明技术方案的实施例中图文防伪薄膜的制备流程图。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

图1是安全防伪薄膜的结构剖视图。如图1中所示，该全息防伪烫印膜包括从上到下依次叠加的微透镜阵列层2、基材层1、微图文层3和背胶层4，其中微图文层包括微图文凹凸结构层31，镀铝层32和油墨层33。

基材层1处于微透镜阵列层2与微图文层3之间，基材层优选透明薄膜，透明性提供了从微透镜阵列观测微图文的可行性，同时薄膜的厚度与微透镜阵列的焦距相匹配，可观测到清晰的放大的微图文。其中，微透镜阵列可以相对于微图文的周期发生小的偏差，会形成微图文的下沉和上浮效果，从而进一步提高图文防伪结构的防伪效果。

本实施例中，基材层优选pet、pp、pen等透明薄膜。微透镜阵列层2可以提供微透镜放大功能对图文内容进行放大处理，本实施例中的微透镜的口径d为10～200微米，优选10～50微米；微透镜的焦距优选10-100微米。

作为本实施例的优选，微图文层3包括微图文凹凸结构层31(即结构层31)、镀铝层32、油墨层33。微图文的凹凸结构层优选透明涂层，并且包含有图文信息的微图文区域和背景区域的高度不同，微图文区域可以是凸起的，也可以是凹下的。当微图文区域是凸起时，背景区域表面有镀铝层，微图文区域无镀铝层。

在涂布金属层(即铝层32)时，本实施例中优选在凹凸结构的凹陷面上涂布金属层，在凹凸结构的凸起面上不涂布金属层，从而使得凹凸结构能够呈现出一种镂空的效果。在此基础上，可以进一步在金属层上涂布油墨层，这样的话，结构层上没有金属层的位置就可以呈现出油墨层的颜色效果，从而从基材层一侧看过去，结构层、金属层和油墨层整体构成了本实施例中的图文防伪结构，且图文信息准确度高，颜色均匀，具有较好的观赏效果和防伪效果。

也就是说，在金属层的部分沉积形成镂空效果的基础上，油墨层进一步赋予了微图文颜色。当微图文区域是凹下的时，凹凸结构的凹陷区域(结构层上的凹陷面)包含有图文信息，背景区域(即结构层上的凸起面)无镀铝层。也就是说，微图文区域有金属层，油墨层赋予背景区域颜色。而当微图文区域是凸起的时，此时图文信息位于凹凸结构的凸起面(即结构层的凸起面)，背景区域表面(即结构层的凹陷面)有镀铝层，微图文区域无镀铝层，油墨层赋予非背景区域颜色。本实施例中，根据需要，油墨层所使用的油墨包括多种颜色，如白色、蓝色、黑色、红色等。结合三层结构，从微透镜阵列一侧观察图文防伪薄膜，可以观察到有色彩的微图文。

进一步的，本实施例中，不仅包含图文信息可以分别在结构层的凸起面或者凹陷面上呈现(或者说是阳文印刷或者阴文印刷)，金属层也可以通过挥发层的设计来实现在结构层凹凸结构的凸起面或者是凹陷面上沉积。上述图文信息的设置形式和金属层的沉积形式分别搭配所形成的图文防伪薄膜，均在本实施例的公开范围内。

作为本实施例的优选，背胶层4处于膜体的最下侧，用于将防伪标识附着于各类包装件的表面。

作为本实施例的优选，针对以上产品结构，其制备方法如下：

1)首先确定微透镜阵列中多个微型透镜的焦距，选择适当厚度的透明薄膜，其厚度与微透镜阵列的焦距相匹配。具体来说，透明薄膜的厚度与微型透镜的焦距、薄膜厚度以及凹凸结构的厚度有密切的关系。本实施例中，在选择基材层的薄膜时优选保证微图文层的凹凸结构与微型透镜相匹配即可，优选恰好位于微型透镜的焦距下，更优选地，在微型透镜与凹凸结构有一定的错位时，也可以具有良好的视觉效果。进一步地，作为基材层的薄膜可以选择有色或者无色透明薄膜。

2)通过uv纳米压印的方式，在基材层的第一表面上形成微透镜阵列结构。微透镜阵列的制备方法比较成熟，本实施例中优选采用uv纳米压印设备直接在基材层上制备。该生产过程，微透镜阵列与微图文的周期和角度决定了微文图的放大程度和动态效果。微透镜阵列层实质上就是多个微型透镜按照一定规律进行分布，其可以根据具体的图文结构设计要求进行调整。同时，由于微透镜阵列层与微图文层分别位于基材层的两侧，微透镜阵列层的制备与微图文层的制备互不干扰，其可以在微图文层以及背胶层涂布的过程中及过程前后的任意时间进行，本实施例中对此不做具体限制。

3)采用纳米压印的方式在基材层的第二表面压印出微图文的凹凸结构。纳米压印的方式可以是uv压印，也可以是热压印，uv纳米压印和热压印都是传统的制备全息复制方法，本实施例中优选采用热压印工艺。

典型的热压印的工艺，优选采用丙烯酸酯树脂材料制成的纳米材料进行涂布，本实施例中，涂布温度优选80～150℃，速度优选60～90m/min，涂布厚度优选为1-3微米。由此即可获得本实施例的结构层，此时结构上还没有进行压印，没有包含有图文信息的凹凸结构。

将包含有图文信息的凹凸结构压印到结构层上市，可使用全息模压机。本实施例中，优选在180～240℃条件下，将镍版(母版)上的微图文凹凸结构转移到丙烯酸树脂涂层上，在丙烯酸树脂构成的结构层上形成微图文的凹凸结构。

此外，uv纳米压印也是常用的微纳米结构复制方法，其首先在基材层的第二表面涂布一层uv涂料，然后将之与微图文凹凸结构的母版贴合，进行uv曝光后与模板分离，这样就在基材层的第二表面形成微图文的微纳米结构。本实施例中，热压印和uv纳米压印仅作为具体的实施例对结构层凹凸结构的形成进行说明，不视为对本发明的具体限制。实际上，微图文凹凸结构母版的制备方法有很多种，如掩膜版光刻、激光直写光刻、光刻与物理刻蚀结合、光刻与化学刻蚀结合等多种方法。例如，采用掩膜版与刻蚀结合的方法，首先采用光绘仪制作菲林，菲林上呈现出微图文图案，然后在玻璃基板上涂布一层光刻胶，通过曝光、显影、清洗，然后采用氟化物等离子体刻蚀，除去光刻胶，得到微图文的凹凸结构。以上方法均可获得本实施例中结构层凹凸结构。

4)在微图文凹凸结构层上印刷挥发层，具体来说是在凹凸结构的凸起面上印刷挥发物，在结构层上形成局部涂布挥发物的效果。挥发层是由挥发物所构成，在一定条件下可以挥发。其既可以在整个具有凹凸结构的结构层上全面涂布至相同的高度，也可以采用一定涂布方式只在凹凸结构的凸起面上涂布。本实施例中，挥发层优选采用易于挥发的硅油，通过诸如柔版印刷的印刷方式，在结构层上形成10-50nm的局部硅油层。为了实现上述效果，本实施例中，微图文凹凸结构层上凸出的区域(即凹凸结构的凸出面)与柔版接触，凹下的区域(凹凸结构的凹陷面)不与柔版接触，形成凸出区域有硅油层，凹下区域没有硅油层的局部印刷表面。

5)印刷挥发层后，在局部硅油层的表面镀上金属层，优选铝层。由于挥发层在一定条件下逐渐蒸发，显现出结构层的凹凸结构，从而实现金属层的布置。在前述两种挥发层的涂布基础上，金属层有两种蒸镀方式。一种是在挥发层涂布至同一高度的情况下，由于凹凸结构的凸起面和凹陷面有高度差，因此凹陷面和凸起面的挥发层的厚度不一致，其中凸起面的挥发层厚度小于凹陷面，因此会先于凹陷面的挥发层蒸发完全，此时铝层可以沉积到凹凸结构的凸起面上，同时在凹陷面的挥发层蒸发完全之前停止蒸镀，即可实现凸起面有金属层而凹陷面没有金属层的镂空结构。另一种是利用一定涂布方式，仅在凹凸结构的凸起面涂布挥发层，在蒸镀过程中，由于凹陷面没有挥发层，铝层率先沉积到凹陷面，同时在凸起面的挥发层蒸发完全之前停止蒸镀，即可获得凹陷面有金属层而凸起面没有金属层的镂空结构。

本实施例中优选采用真空蒸镀的方式，将金属铝沉积微图文凹凸结构层的表面。由于其表面局部印刷有硅油，因此硅油对应的区域不能沉积铝层，从而形成了镂空镀铝效果。由于硅油层的印刷图案与包含有图文信息的凹凸结构(即微结构)保持一致，因此可实现精确化镀铝。与此同时，在真空镀铝的过程，挥发层不断挥发，根据对硅油的挥发条件和挥发速率，结合镀铝工艺条件，可以使镀铝完成时硅油恰好挥发完毕。

6)印刷油墨层，油墨层赋予微图文颜色。金属层制备完成后，防伪薄膜的呈现出镂空效果。具体来说，以凹凸结构的凹陷面沉积金属层为例，凹凸结构的凹陷面由于沉积有金属层而具有金属反射的效果，而凸起面则在硅油的保护下没有沉积金属层，呈现出基材层和结构层原本的颜色(透明效果)。而当凹凸结构的凸起面沉积金属层时，凹凸结构的凸起面由于沉积有金属层而具有金属反射的效果，凹陷面则在挥发层的保护下没有金属反射的效果，呈现出基材层和结构层以及油墨层的透明效果。本实施例中，由于铝层的局部沉积和油墨层的涂布，整个图文防伪薄膜表现出镂空效果，微图文区域呈现铝层的金属反射效果，整体表现为有颜色的微图文。进一步地，根据需求，油墨层可以为单色、多色或者渐变等颜色，均在本发明技术方案的保护范围内。

7)涂布背胶层。根据被粘结的材质和粘结工艺，在油墨层涂布背胶层。步骤六和七可以合为一步骤，采用有颜色的背胶层，既可以呈现出颜色，又可以表现出粘结基底的功能。本实施例中对此不作具体的限制。

如图4所示为本实施例中的图文防伪薄膜的具体制备过程，下面将示范性介绍按照本发明的安全防伪薄膜的制备方法。

实施案例一：

(1)以30微米的bopet膜作为基材层1，采用微透镜涂布机，在bopet膜的第一表面上涂布一层uv涂层，与微透镜阵列的母版贴合，uv曝光固化后剥离，形成微透镜阵列层2。

(2)微纳米结构模板的制备：首先采用全息光刻机的激光直写技术，在光刻胶上直接写出微图文的图案，然后曝光、显影，再通过电铸，得到凹凸结构的微图文金属镍母版。母版上微图文为凹下结构，微图文内容为字母a的周期排列，a的字高20微米，arial字体，笔画粗细为4微米，背景为凸出结构，高度差为3微米。

(3)采用网纹辊涂布，在bopet的第二表面涂布一层丙烯酸树脂，涂层厚度4微米。

(4)使用全息模压机，在160～240℃条件下，由金属镍母版上的微结构在热和压力的作用下，压印到丙烯酸树脂涂层上，在丙烯酸树脂涂层表面形成与金属母版相对应的微图文凹凸结构，即母版上微图文为凸出结构，背景为凹下结构。

(5)采用镀铝机的硅油印刷附件，以满版的柔版为印刷版，在适当的硅油蒸发速度下，使其在柔版表面形成一层极薄的硅油层(即挥发层)。通过印刷，凸出的微图文区域与柔板接触，其表面印上硅油；凹下的背景区域不与柔板接触，没有印刷硅油。

(6)通过真空镀铝，在没有硅油的背景区域沉积铝层，而有硅油的微图文不能沉积铝层，呈现出镂空效果的微图文。同时在真空的条件下，硅油不断挥发，硅油层的厚度不断减少，甚至没有。

(7)采用网纹辊涂布工艺，在金属铝层上涂布一层蓝色的油墨层。

(8)在180-200℃条件下，采用热熔胶涂布机涂布一层sbs热熔胶；接着经模切、分切，即得到一种微透镜阵列再现微图文的动态效果的安全防伪薄膜。

实施案例二：

(1)选择30微米的透明bopet膜作为基材层1；采用微透镜涂布机，在bopet膜的第一表面上涂布一层uv涂层，与微透镜阵列的母版贴合，uv曝光固化后剥离，形成微透镜阵列。

(2)采用精缩的方式制备掩膜版，通过掩膜版遮盖，曝光、显影后制备微图文的凹凸结构，再通过电铸，得到凹凸结构的微图文金属镍母版。母版上微图文为凸出结构，背景为凹下结构，高度差为3微米。

(3)在基材层上，采用网纹辊涂布法，在基材层上涂布一层5微米的uv涂层；

(4)将uv涂层与金属镍的母版贴合曝光，将镍版上的微纳米结构复制到uv涂层上，曝光后uv涂层由液态转变为固态，微纳米结构得以固定，形成微图文的凹凸结构，即微图文是凹下的，背景是凸出的。

(5)采用镀铝机的硅油印刷附件，以满版的柔版为印刷版，在适当的硅油蒸发速度，使其在柔版表面形成一层极薄的硅油层(即挥发层)。本实施例中，硅油层全面覆盖结构层的凹凸结构，且涂布厚度超过凹凸结构凹陷区域与凸起区域的高度差，以使整个结构层表面上的挥发层上表面高度一致。从而保证凹陷区域的硅油层厚度大于凸起区域的硅油层高度，从而在挥发的时候，凸起区域的硅油层可以先挥发完毕。

(6)通过真空镀铝，在没有硅油的微图文区域沉积铝层，而有硅油的背景区域不能沉积铝层，呈现出镀铝的微图文效果。同时在真空的条件下，硅油不断挥发，硅油层的厚度不断减少，甚至没有。

(7)在180℃条件下，在铝层上涂布蓝色的热熔压敏胶，并与离型纸复合；接着经模切、分条、宽检，即得到肉眼可见的动态图文效果的安全防伪标识。

进一步地，本实施例中的图文防伪薄膜制备过程中，微透镜阵列层可以先于微图文层制备，也可以先制备微图文层再制备微透镜阵列层。本实施例中以先制备微透镜阵列层对图文防伪薄膜的制备过程进行说明，本发明技术方案中对两者的制备顺序并不作具体的限定。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。