专利名称：用于证件的光学防伪膜及其应用的制作方法
用于证件的光学防伪膜及其应用 本发明涉及一种用于证件表面的可视化光学防伪膜，属公共安全防范和识别技术
领域，可广泛用于身份证、护照、警察证、记者证、律师证、及大型活动入场证等身份类证件 的防伪和识别。 随着社会的发展，人类的活动越来越频繁，社会秩序的管理面临了更多的挑战，特 别是公共安全的防范与管理显得尤为的突出，从银行、海关、交通、房产、贸易、会议、重大活 动和重要场所出入等，人们在众多的场合需要对个人的身份进行判读和鉴别，尽管随着科 学技术的进步，电子化、信息化技术大量运用于个人身份的管理，但是对于个人持证仍然需 要一些综合的防伪措施来鉴别。传统的防伪手段通常是采用特殊的油墨结合高精度的印刷 手段来制作一些证卡是一种常规的防伪措施，但是道高一尺，魔高一丈，这些传统的技术措 施已经完全不能阻止假冒证件的制造，于是科学家们又采用了众多电子、生物、信息技术加 入到证卡制造领域，这一些技术的融入，起到了抑制假冒证件的作用，然而对于判读一线的 公众防伪仍然是不可或缺的重要主题。 光学防伪膜也早就在上个世纪八十年代始被用于银行卡、钱币、邮票、身份证以及 重要商品的可视化防伪鉴别，是一项被广泛认可的一线公众防伪措施，这其中，激光全息技 术曾经扮演了一个重要的角色，它具有立体感强，色彩炫耀，动感活力之特征，在身份证、驾 驶证、护照、奥运会、广交会出入证等身份识别类证件得到广泛运用，在可视化光学防伪膜 中起主导作用，然而随着时间的推移突显出一些新的问题①技术逐步显现陈旧老化，缺乏 新意。②原有的一些技术已相当的普及，防伪安全受到威胁和质疑。③技术单一，可视化信 息少，很容易伪造或仿冒。④同类防伪技术很难区分甄别。 因此，可视化光学防伪技术的创新、突破极为迫切和重要，这对公共安全的防范， 国家和个人利益的维护以及构建和谐社会的具有重要的意义。 本发明是一种新型的光学防伪膜，用来层压、塑封或烫印转移在证件的上，能够在 同一个区域位置通过不同的光照角度再现至少三种以上不同类型的彩色动态图像或文字， 与现有的其它光学防伪膜有显著的不同，可作为大众可视化防伪鉴别。 本发明提供一种用于证件的光学防伪膜，其特征在于至少由基础层、信息层、金属
或金属化合物层、填埋保护层上下依次排列组成，所述的基础层内部埋入多空频复合调制
微结构条文。该结构具有一定的周期性，能够对入射光产生定向、折射、衍射或散射，构成复
杂的立体、彩色动态图案，可以在多个角度观察到完全不同的图像和文字，具有较高的信息
容量，而且识别方式简单。光学防伪膜还包括离型层、加色层和粘合层压胶层。 为实现该发明，材料选用了 PETG或PVC作低膜，并涂布了高分辨率、高灵敏度感
光树脂，用来承载和记录所需要的信息条纹，再通过真空镀膜来提高再现图形亮度，为了安
3全还要对记录条纹进行覆盖和保护。这些材料必须满足(i)能够承受高温148t:、高压
110bar、长时间30min，图像保持亮度清晰不消失。(2)每一层材料相互的附着强度为不小 于5N/cm2。 (3)透光率>85%。 (4)相邻材料折射率差^ 0. 5。 (5)金属反射率^ 80% 。
多空频复合调制微结构条文是正弦型结构条文，由三种以上的空间频率复合而 成。 多空频复合调制微结构条文的空间频率为X轴周期为285nm-1997nm、 Y轴振幅高 度为120nm-800nm、Z轴取向为0° -179° 。 光学干涉变色薄膜是建立在平行平板多光束干涉原理基础上，根据多层光学薄膜 之间具有干涉效应的原理而设计的，其防伪原理是每个多层薄膜结构都具有其特定的反射 光谱曲线，这个反射光谱随入射角的改变而发生变化，即随着观看的视角不同，出现颜色变 化，如呈现金黄、绿、褐、蓝、灰等颜色。 根据此原理可知，对于一个确定(按需要设计成型)的膜系结构来说，膜层材料和 厚度及人射介质均为已知数，其表面反射率R就只是入射光波长和入射角的函数，给定一 个R，便可得到该膜系在这一条件下按波长分布的反射光谱曲线。即每个确定的膜系都具有 特定的反射光谱，而该反射光谱将随入射角的改变而变化，光谱波长的改变自然就引起了 人眼对反射光颜色变化的感觉。这就是人造膜系产生的"干涉色"可随人射光线而发生变 色的缘由。这样就可以根据不同厂家的需要进行膜系设计，合理计算、选配和改变膜层材料 及膜层厚度以达到预定的反射光谱及光学性能指标，实现人们对物体表面反射光谱及光学 性能进行控制和选择的愿望，并以此来实现不同厂家特有的光学干涉膜，从而实现防伪的 目的。 目前较为理想的光干涉薄膜为5层对称式结构，膜系厚度在lym左右，中间为不 透明的反射层(可看做上下两部干涉腔的共同基底)两边是对称的透明无色介质层和半透 明金属层它的作用是使膜片上下两面都具有同样的干涉色。改变透明介质的厚度就能改变 膜系的颜色，以获得各种颜色的光干涉薄膜。由于膜系在高真空下制成使用的全部是无色 或透明的无机材料，因此生成的光干涉薄膜性能稳定、结构致密、不会褪色、耐候性强。
本发明光学结构的设计采用了多空频空间复用技术，每个空频单元大小在 100 iim2 64516 iim、排列结构见附图2，左右相邻单元均为不同空间频率光栅结构组成， 用来实现同一区域不同图像的再现，可通过拉大空间频率的差异，来控制不同图像的再现 干扰。用计算机控制双光束干涉曝光技术，其空间频率通过两束激光的夹角来改变(如图 3)，计算公式为
f = 2sin( 9/2)/入 其中f为微结构的空间频率，e为双光束的夹角，a为干涉光源的波长。 上下相邻单元均为不同的光栅条纹取向角所组成，用来实现图像的动态变化和立 体位相，通过旋转双光束来实现条纹的不同取向，见图5。 由多空频复合调制微结构条文组成的光学防伪膜构成图形区上设有至少三个观 测角度 (1)第一观测角度Pp入射光L0以2(T -70°方向入射，在光学防伪膜镜面反射 角&方向观测到第一组图像，所述图像是单色、多色，或由R、G、B、组成的真彩色，当光学防 伪膜H绕法线方向旋转时，发光位置不变，图像颜色在360nm 700nm波长范围呈连续的变
4化。 (2)第二观测角度P2，入射光L0以、=40° ±10°方向入射，在光学防伪膜法 线P2方向可观测到与第一组图像完全不同的第二组图像，所述图像是收縮、扩展、旋转的动 态可变图像，或是三维图像、全息透镜、真彩色图像。 (3)第三观测角度P3，当入射光L'0以a2 = 80° ±5°方向入射，在光学防伪膜 H与法线成小方向P3看到与第一组图像相关联的影像，当光学防伪膜H绕法线方向旋转时， 颜色不变，图像呈跳跃或连续的变化。 第二观测角度&的入射光以Ql = 45° ±10°方向入射，在光学防伪膜法线方向
用40倍显微镜可以观测到高度为20 100 ii m大小的微縮文字或图像。 第二观测角度&用单束激光以Ql = 45° ±10°方向入射，在光学防伪膜法线方
向可以放大投影出隐藏的文字或图像。 对于成品光学防伪膜的再现识别所示，由于采用了多空频空间复用技术，使得再 现信息3倍于普通光学结构防伪膜，也因为空间频率差较大，所以不同的再现图像或文字 互不干扰。在设计时也考虑到通常的再现光源多以斜入射照明为主，在计算光线入射和衍 射角是采用以下公式计算
d (sin 4)-sin a)=入 其中d为光栅结构常数，小为光栅衍射角，a为入射光和光栅表面法线的夹角， 入为再现光的颜色波长。 本发明与现有相关技术比较具有下列一些特征空间利用率高，在同一个区域不 同角度都可以看到无相互干扰的衍射图像；反射光方向再现图形视场角宽，色彩饱和度高， 受环境照明光源影响因素小；反射光方向可以是三种以上的多彩色同时发生光连续的光变 色；反射光方向可以再现RGB三种颜色来组合成还原真彩色；用边缘照明光可以再现动态 衍射图形。该发明可广泛用于居民身份证、护照、警察证、记者证、律师证、教师证等身份类 证件的可视防伪识别。 下面结合
图1为对光学防伪膜不同入射角观测的示意图。 图2为不同空间频率光栅排列结构示意图。 图3a、图3b和图3c为一系列由两束激光产生的不同交角所产生的不同频率光栅 条纹。 图4a、图4b和图4c为一系列通过旋转双光束来产生不同取向的光栅条纹。 图5、图5a、图5b、图5c、图5d为成品光学防伪膜的显示效果图。 图5a-l为图5a的局部放大图。 图6为通过旋转双光束来产生不同取向的光栅条纹的立体图。 图7为微结构凸版通过热模压和成形浇铸复制在PVC或PETG薄膜上的流程图。 其中图7中的1为微结构凸版2为PVC或PETG 指定图5为摘要附图[具体实施方式
] 1、采用355nm波长激光光源，用分束元件将激光束L分成两束光和L2后再通过 透镜以9角聚合，在汇聚点形成明暗相间的干涉条纹(见图6)。 2、用计算机程序控制曝光位置的移动x、y、分束角9器件和旋转角P ，在光致抗 蚀干版K上对预先设计好的图案笔划的明暗干涉条纹进行曝光写入。其中e角调整范围 为IO. 2° 77° ， P角旋转范围为O。 179. 3° ，每一个曝光点单元面积为400 y m2。
3、光致抗蚀干版K显影后在曝光区域上形成具有衍射特性的微结构凹板图形。
4、将带有微结构光致抗蚀凹板通过电铸工艺复制转移在金属镍板上，形成光学微 结构凸版，即已成为金属镍光学微结构模具。 5、将金属模具上的微结构凸版通过热模压和成形浇铸复制在PVC或PETG薄膜上 (见图7)。 6、在复制获得的PVC或PETG光学膜微结构面电镀金属或金属化合物，以增强图像 亮度效果。 7、为了增加透视效果和提高光学膜与承载基体的粘结强度，刻蚀掉部分不必要的 真空电镀层，即获得成品微结构光学防伪膜。
成品光学防伪膜的显示效果
1、空间复用总图层见图5 2、P^立置所看到的图形见图5c，沿图形法线方向旋转，呈整体颜色变化。 3、 &位置所看到的图形见图5a和图5b，沿图形法线方向旋转，呈动态扩展变化，
并由图5a图形转变为图5b。 4、P3位置所看到的图形见图5d，沿图形法线方向旋转，呈动态及颜色变化。
图形微縮见图5a-l局部放大。
权利要求
一种用于证件的光学防伪膜，其特征在于至少由基础层、信息层、金属或金属化合物层、填埋保护层上下依次排列组成，所述的基础层内部埋入多空频复合调制微结构条文。
2. 根据权利要求1所述的一种用于证件的光学防伪膜，其特征在于光学防伪膜还包括 离型层、加色层和粘合层压胶层。
3. 根据权利要求1所述的一种用于证件的光学防伪膜，其特征在于基础层材料选用 PETG或PVC。
4. 根据权利要求1所述的一种用于证件的光学防伪膜，其特征在于多空频复合调制微 结构条文是正弦型结构条文，由三种以上的空间频率复合而成。
5. 根据权利要求1或3所述的一种用于证件的光学防伪膜，其特征在于多空频复合调 制微结构条文的空间频率为X轴周期为285nm-1997nm、 Y轴振幅高度为120nm-800nm、 Z轴 取向为0。
-179° 。
6. 根据权利要求1所述的一种用于证件的光学防伪膜，其特征在于由多空频复合调制 微结构条文组成的光学防伪膜构成图形区上设有至少三个观测角度第一观测角度Pi，入射光L0以20。 -70°方向入射，在光学防伪膜镜面反射角P!方向 观测到第一组图像，所述图像是单色、多色，或由R、 G、 B、组成的真彩色，当光学防伪膜H绕 法线方向旋转时，发光位置不变，图像颜色在360nm 700nm波长范围呈连续的变化；第二观测角度&，入射光LO以、=40° ±10°方向入射，在光学防伪膜法线&方向 可观测到与第一组图像完全不同的第二组图像，所述图像是收縮、扩展、旋转的动态可变图 像，或是三维图像、全息透镜、真彩色图像；第三观测角度&，当入射光L'0以a2 = 80° ±5°方向入射，在光学防伪膜H与法线 成小方向P3看到与第一组图像相关联的影像，当光学防伪膜H绕法线方向旋转时，颜色不 变，图像呈跳跃或连续的变化。
7. 根据权利要求1或5所述的一种用于证件的光学防伪膜，其特征在于第二观测角度 ^的入射光以^^ = 45° ±10°方向入射，在光学防伪膜法线方向用40倍显微镜可以观 测到高度为20 100 ii m大小的微縮文字或图像。
8. 根据权利要求1或5所述的一种用于证件的光学防伪膜，其特征在于在第二观测角 度&用单束激光以^: = 45° ±10°方向入射，在光学防伪膜法线方向可以放大投影出隐 藏的文字或图像。
全文摘要
本发明涉及一种用于证件表面的可视化光学防伪膜，属公共安全防范和识别技术领域，可广泛用于身份证、护照、警察证、记者证、律师证、及大型活动入场证等身份类证件的防伪和识别，其特征在于至少由基础层、信息层、金属或金属化合物层、填埋保护层上下依次排列组成，所述的基础层内部埋入多空频复合调制微结构条文。本发明与现有相关技术比较具有下列一些特征空间利用率高，在同一个区域不同角度都可以看到无相互干扰的衍射图像；反射光方向再现图形视场角宽，色彩饱和度高，受环境照明光源影响因素小；反射光方向可以是三种以上的多彩色同时发生光连续的光变色；反射光方向可以再现RGB三种颜色来组合成还原真彩色；用边缘照明光可以再现动态衍射图形。该发明可广泛用于居民身份证、护照、警察证、记者证、律师证、教师证等身份类证件的可视防伪识别。
文档编号B44F1/00GK101727778SQ20091020020
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者姜振飞, 桑建新, 王青, 胡继伟, 董耀宗, 龚春燕 申请人:上海冠众镭射科技有限公司;中安防伪技术有限公司