一种制备光学防伪元件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学防伪领域，尤其涉及一种制备光学防伪元件的方法。
【背景技术】
[0002]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光学防伪技术，并且取得了非常好的效果。
[0003]表面微米级或纳米级的浮雕结构是长期以来光学防伪技术开发的重点。在利用表面浮雕结构形成光学防伪元件时，为了增加图像的亮度，常常在表面浮雕上蒸镀金属反射层。对该金属反射层进行镂空从而形成对反射层的图案化能够大幅度提高光学防伪元件的视觉效果和抗伪造能力。一般来说，对该金属反射层进行镂空的方法有如下几种。
[0004]印刷脱金属，即通过印刷方式在金属反射层上形成图案化的保护层，然后通过化学溶剂对保护区域以外的金属进行腐蚀。或者在形成金属反射层之前印刷剥离层，并在形成金属反射层后通过某种液体的浸泡使剥离层以上的金属反射层脱落从而形成镂空图案。在这一方法中，如果光学防伪元件本身即为图案化的，那么印刷的镂空图案通常与光学防伪元件的图案之间存在对位误差，这一误差通常不低于百微米量级，并且在大生产过程中这一误差可能会更大。
[0005]另外一种方法是在表面浮雕结构形成时，即制作原版的过程中在光学防伪元件的金属反射层的镂空区域制作大深宽比的微纳结构，例如正弦光栅结构。在形成金属反射层过程中，由于大深宽比微纳结构的区域具有相对其它区域而言单位表观面积上更大的表面积，因此将在大深宽比微结构区域形成相对薄的金属反射层。对于特定波长的光，薄金属反射层具有更强的透射率。当在金属反射层上涂覆特定的感光胶后，从反射层的背面投射的特定波长的光将透过薄金属反射层区域对正面的感光胶感光从而使得薄金属区域的感光胶变性而容易溶解于特定溶剂，使得感光胶失去对薄金属区域的金属层的保护作用。最后通过特定溶剂对裸露的薄金属层进行腐蚀从而形成镂空图案。在这一方法中，镂空图案和光学防伪元件自身的图案的对位误差由光学制版过程来决定，通常这一误差可以控制在微米量级，甚至百纳米量级。但是，该方法的缺陷是，薄金属区域的透光率较低，对感光胶的对比度要求较高，工艺复杂而可靠性低，不利于大生产的实施。
[0006]还有一种方法是在形成上述薄金属反射层后继续形成第二层材料，该材料具有疏松结构或孔洞，且在大深宽比微结构区域厚度相对较薄，因而对大深宽比微结构区域的薄金属反射层的遮盖保护能力较差，使得薄金属反射层区域容易渗入腐蚀性气体或液体从而形成镂空图案。这一方法的镂空图案与光学防伪元件的图案对位误差与前一种方法相同，但第二层材料的疏松结构或孔洞质量难以控制，因此工艺稳定性较低，不利于工程化生产。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术中在制备光学防伪元件时误差大、可靠性低、工艺可控性差等缺陷，提供一种能够克服这些缺陷的制备光学防伪元件的方法。
[0008]本发明提供一种制备光学防伪元件的方法，该方法包括:
[0009]在基材的表面上形成表面浮雕结构层，所述表面浮雕结构层包括至少两个区域，其中各个所述区域中的所述表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值互不相同；
[0010]至少在所述表面浮雕结构层的其中一个所述区域的至少一部分上形成镀层；
[0011 ] 在全部或部分所述镀层上形成缓冲层；以及
[0012]将形成所述缓冲层后的所述光学防伪元件置于能够与所述缓冲层和所述镀层进行反应以使所述缓冲层和所述镀层减薄甚至消失的环境中进行反应，直到得到所需的光学防伪元件为止，其中所述缓冲层在单位时间内的厚度减薄速率小于所述镀层在单位时间内的厚度减薄速率。
[0013]由于根据本发明的方法是通过在基材的表面上形成表面浮雕结构层、在表面浮雕结构层上形成镀层、在镀层上形成缓冲层，并之后将光学防伪元件置于能够与镀层和缓冲层进行反应的环境中来形成镂空图案，而且缓冲层在单位时间内的厚度减薄速率小于镀层在单位时间内的厚度减薄速率，所以其能够精确定位需要镂空的部位，工艺可行性和工艺稳定性强，与印刷去金属的技术相比，具有更高的灵活性并且能够实现所得光学防伪产品的更强的防伪能力。
【附图说明】
[0014]图1是根据本发明的制备光学防伪元件的方法的流程图；以及
[0015]图2是将光学防伪元件置于反应环境中之前光学防伪元件的一种示意性剖面图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图来详细描述根据本发明的制备光学防伪元件的方法的流程图。
[0017]如图1所示，根据本发明的制备光学防伪元件的方法包括以下步骤:
[0018]S11、在基材的表面上形成表面浮雕结构层，所述表面浮雕结构层包括至少两个区域，其中各个所述区域中的所述表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值互不相同。
[0019]具体而言，所述表面浮雕结构层是由位于所述基材的表面上的、在二维平面上的高度随位置分布起伏变化的表面起伏结构所组成。相对于平坦表面而言，表面起伏结构在单位表观面积上的表面积更大，且所述表面积与所述表面浮雕结构层的起伏程度呈正相关。在本文中，术语“表观面积”指的是某一区域中在与该区域平行的平面内的正投影的面积，即无视该区域中的起伏结构的面积；术语“表面积”指的是考虑到某一区域中的起伏结构的面积。显然，某一区域的表面积与其表观面积之比为大于等于I的数值。
[0020]以图2所示的将光学防伪元件置于反应环境之前的光学防伪元件的示意剖面图为例，基材2具有相互对立的第一表面21和第二表面22,在基材2的第一表面21上形成的表面浮雕结构层3具有两个区域，即第一区域31和第二区域32，其中，第一区域31中的表面浮雕结构层的起伏程度小于第二区域32中的表面浮雕结构层的起伏程度，从而使得所述第二区域32中的表面浮雕结构层在单位表观面积上的表面积大于所述第一区域31中的表面浮雕结构层在单位表观面积上的表面积。应当理解，图2仅是示例性的，根据实际需要，可以在基材2的第一表面21上形成表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值互不相同的任意数量的区域。
[0021]优选地，表面浮雕结构层3可以是包括但不限于以下特征的任意表面浮雕结构:一个或多个连续曲面型结构、一个或多个矩形结构、一个或多个锯齿型棱镜或它们的拼接或组合。其中，所述连续曲面型结构可以为微透镜结构、正弦型结构、椭圆型结构、双曲面型结构、抛物面型结构等中的一种或多种结构的拼接或组合。所述微透镜结构可以是折射型微透镜、衍射型微透镜或它们的拼接或组合，其中折射型微透镜可以包括球面微透镜、椭球面微透镜、柱面微透镜或其它任意几何形状的基于几何光学的微透镜，衍射型微透镜包括谐衍射微透镜、平面衍射微透镜、菲涅耳波带片等。另外，以上结构的具体排列方式可以是周期性的、局部周期性的、非周期性、随机性的或它们的组合等。通过不同的具体结构的选择，特别是对于具体结构的结构参数(例如结构的周期(结构开口宽度)、结构的深度等)的定义，来确保基材表面上各个所述区域中的所述表面浮雕结构层的表面积与表观面积的比值互不相同。另外，表面浮雕结构层可以图案化地覆盖所述基材的表面。
[0022]优选地，所述表面浮雕结构层可以通过光学曝光、电子束曝光等微纳加工方式获得，还可以结合热熔回流等工艺来实现，通过紫外浇铸、模压、纳米压印等加工方式进行批量复制。
[0023]S12、至少在所述表面浮雕结构层的其中一个所述区域的至少一部分上形成镀层。
[0024]其中，所述镀层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