安全膜的制作方法

本发明涉及一种具有增强的安全性的安全膜，更具体地涉及一种高维安全膜(high-dimensional security film)，在所述高维安全膜中用于显示偏振和透射效应的纳米图案化技术被应用于包括各种安全元件的信息识别层。

背景技术：

随着最近进入诸如伪造、复写、复制和未经授权使用的高级非法技术的增长的以及在各种领域需要完全安全的时代，不能通过使用简单识别装置的单因素安全技术来防止或消除非法活动。因此，不再单独使用单个安全技术，而是组合使用两个或更多识别装置，并且一起使用诸如全息图、变色油墨、水印、荧光材料、精细字符(fine character)、RFID标签和液晶化合物的识别装置，并且对它们进行开发以确保进一步增强的安全性。

特别地，通过复杂的过程制造全息图，从而难以一致地复制信息，并且银行和信用卡采用全息图来防止伪造，而且全息图还被用作防止非法复制各种书和带的手段。此外，如题为“包括数字水印图像的防伪全息图薄膜及其制造方法”的韩国专利No.0736481、题为“RFID组合型全息图和安全系统”的韩国专利申请公开No.2012-0077845以及题为“防伪介质”的日本专利No.05380007所公开的，已经积极开发了使用基于全息技术的各种安全元件的技术。

同时，当前主要使用的偏振器(polarizer)可以包括使用吸收性偏振膜的偏振器和线栅偏振器。线栅偏振器(WGP)表示其中金属线彼此平行排布的阵列，并且用于仅透射或反射电磁波中的特定偏振光。使用吸收性偏振膜的偏振器能够仅透射50％的入射光，而WGP能够反射与金属线平行的偏振分量并透射与其垂直的偏振分量，并且可以再利用反射光，从而显示出高偏振效率、高透射率和宽视角。具有上述特征的WGP主要被应用于要求优异光学性能的显示器的背光单元，并且在光学拾取装置或半导体中是有用的。

通常，通过以下方式制造WGP：在膜或玻璃基底上形成UV固化树脂层或热固化树脂层，使用柔性模具在该树脂层上形成图案，在该树脂图案上沉积金属层，并进行蚀刻，从而以共存形式提供可固化树脂和金属层，或者形成线栅图案，并且使用诸如干蚀刻的蚀刻工艺在基底上形成仅由金属构成的图案层。

对于WGP，当金属线的周期(节距)远短于入射光的波长时，偏振消光比可以增大。由于具有短节距的金属线难以制造，所以到目前为止主要在微波或红外光的范围内利用WGP。然而，由于半导体制造装置和曝光技术的发展，可以制造精细图案，使得能够制造在可见光下操作的纳米WGP。只是未报导虽然WGP制造技术不能容易地执行，但WGP与各种安全元件一起用作安全装置以便存储或保护大量维度中的信息的情况。

技术实现要素：

技术问题

因此，本发明旨在提供一种安全膜，在所述安全膜中纳米线栅偏振技术被应用于包括各种安全元件的信息识别层，由此不可能复制，并且任意类型的信息可以存储在大量的维度中。

技术方案

本发明的优选实施方案提供了一种安全膜，包括：基底层；包括线栅图案的纳米线栅偏振器层；以及至少一个信息识别层，其中所述基底层、所述纳米线栅偏振器层和所述信息识别层被层叠使得所述至少一个信息识别层设置在从所述基底层的外表面上的位置、所述基底层与所述纳米线栅偏振器层之间的位置以及所述纳米线栅偏振器层的外表面上的位置中选择的至少一个位置上。

在上述实施例中，所述纳米线栅偏振器层的线栅图案可以满足以下性质：(a)所述线栅的高度为25nm至300nm；(b)所述线栅的线宽为5nm至75nm；(c)高宽比(所述线栅的高度/线宽)为0.1至3.0；以及(d)所述线栅的节距为50nm至150nm。

在上述实施例中，所述线栅图案可以包括选自由铝、铜、铬、铂、金、银、镍及它们的合金组成的组中的任意一种金属颗粒的。

此外，所述线栅图案可以具有选自仅由金属颗粒构成的图案、由含有金属颗粒的可固化树脂形成的图案以及被配置为在由可固化树脂形成的下骨架上层叠10nm至300nm高度的金属颗粒的图案中的任意一种图案结构。

可固化树脂优选为选自由丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯类树脂、聚酯类树脂、苯乙烯类树脂、醇酸类树脂、氨基类树脂、聚氨酯类树脂和有机硅类树脂组成的组中的至少一种。

在上述实施方式中，所述基底层可以是选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚碳酸酯膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜、聚环氧膜、环烯烃类聚合物(COP)膜、环烯烃类共聚物(COC)膜、聚碳酸酯类树脂和环烯烃类聚合物的共聚物膜、以及聚碳酸酯类树脂和环烯烃类共聚物的共聚物膜组成的组中的任意一种透明膜，或者所述基底层可以是玻璃膜。

有益效果

根据本发明，可以通过将经使用纳米级模具的复杂且技术密集的纳米压印工艺制造的WGP与各种安全元件组合来提供高维信息存储介质，从而增强防止非法伪造和复制的安全性。特别地，本发明的安全膜可以容易地应用于需要安全性的各种印刷或安全文件，例如钞票、证券凭证、身份证、护照等。

附图说明

图1是示出被配置为信息识别层布置在基底层的外表面上的根据本发明的实施例的安全膜的剖视图；

图2是示出被配置为信息识别层布置在纳米线栅偏振器层的外表面上的根据本发明的实施例的安全膜的剖视图；

图3是示出被配置为信息识别层布置在基底层与纳米线栅偏振器层之间的根据本发明实施例的安全膜的剖视图；

图4是示出被配置为各个信息识别层布置在基底层的外表面上和在基底层与纳米线栅偏振器层之间的根据本发明实施例的安全膜的剖视图；

图5是示出被配置为各个信息识别层布置在基底层的外表面上和纳米线栅偏光器层的外表面上的根据本发明的实施例的安全膜的剖视图；

图6是示出被配置为两个信息识别层布置在基底层的外表面上的根据本发明实施例的安全膜的剖视图；

图7是示出根据本发明的纳米线栅偏光器层的纳米线栅图案的放大剖视图；并且

图8示出根据本发明优选实施例的安全膜的反射模式和透射模式的图像。

100：基底层 101：纳米线栅偏振器层

102、102(a)、102(b)：信息识别层

201：线栅图案的高度 202：线栅图案的节距

203：线栅图案的线宽

具体实施方式

本发明涉及一种安全膜，其包括：基底层；纳米线栅偏振器层，包括线栅图案；以及至少一个信息识别层，其中基底层、纳米线栅偏振器层和信息识别层被层叠，使得至少一个信息识别层设置在从基底层的外表面上的位置，基底层与纳米线栅偏振器层之间的位置以及纳米线栅偏振器层的外表面上的位置中的至少一个位置处。

本发明的安全膜可以制造为如图1至6所示的各种层叠结构。例如，信息识别层层叠在基底层的一个表面上，并且在基底层的剩余表面上形成纳米线栅偏振器(NWGP)层，从而使信息识别层和NWGP层彼此间隔开，并且基底层插入它们之间(图1)。这里，信息识别层和NWGP层的形成顺序不一定限于此，而是可以首先形成NWGP层，然后可以形成信息识别层。或者，信息识别层可以另外形成在基底层与NWGP层之间(图4)或者形成在NWGP层的外表面上(图5)。

此外，安全膜可以以下述方式制造成具有图2的横截面结构，所述方式为在基底层的一个表面上形成NWGP层，然后将信息识别层层叠在NWGP层上，或者安全膜可以以下述方式制造成具有图3的横截面结构，所述方式是首先在基底层的一个表面上形成信息识别层，然后在信息识别层上形成NWGP层。在这种情况下，信息识别层不需要仅限于形成在任意一层上。即使当信息识别层仅形成在一个层上时，其也可以设置成单层的形式或者层压或以其它方式应用两个或更多层的层叠结构的形式(图6)。如图2和图5所示，在最小化对NWGP的线图案的损坏方面，在基底层与信息识别层之间形成NWGP层是优选的。

在层叠本发明的安全膜时，可以通过用于经使用热和压力按压图案来转印图案的压纹工艺而形成NWGP层，并且优选通过用于同时固化和图案转印的使用辊对辊涂布工艺的压印工艺。层叠信息识别层的工艺可以包括涂覆、印刷、压纹等，并且可以不受限制地使用任意工艺，只要其在本领域中是有用的。

本发明的安全膜采用通过NWGP层的透射并反射光的原理，由此通过改变膜的方向或通过使用另一个偏振膜，由于光在特定方向透射而为不可见的信息识别层的安全元件(图8的右图)可以被观察到(图8的左图)。此外，当同时包括多个信息识别层时，根据方向可见的安全元件被改变，因此可以进一步增强安全功能。为了最大化反射模式和透射模式，可以非常精确地控制WGP的线图案的节距、高度和线宽，使得不可能进行伪造。

以下是构成本发明的安全膜的各层的说明。

[基底层]

根据本发明的优选方面，基底层可以是透明膜或玻璃膜，具体地，透明膜可以选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚碳酸酯膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜、聚环氧膜、环烯烃类聚合物(COP)膜、环烯烃类共聚物(COC)膜、聚碳酸酯类树脂和环烯烃类聚合物的共聚物膜、以及聚碳酸酯类树脂和环烯烃类共聚物的共聚物膜组成的组。

基底层用于支撑图案层和信息识别层，并且具有5μm至100μm的厚度，优选具有10μm至50μm的厚度，以便获得所期望的机械强度和挠性。在通常在苛刻条件下使用的偏振膜的情况下，如在显示器中，基底层被配置为层压三个或更多膜，并且其厚度超过100μm。然而，本发明的安全膜需要具有安全功能，而不是承受苛刻条件的能力，因此被设置为厚度为5μm至100μm的薄膜的形式，从而其应用范围可以变得更宽。

[图案层]

根据本发明的优选方面，包括在NWGP层中的线栅图案被配置为具有预定厚度的线以预定间隔彼此平行地排布。当从侧面观察时，其横截面显示出平坦的山丘和山谷重复的构造。这里，根据本发明的线栅图案的高度，即山丘的高度为25nm至300nm，凹部(山谷)的宽度，即从任意突起(山丘)的端点到与其相邻的突起的起点的线宽为5nm至75nm。特别地，为了进一步最大化偏振效率，高宽比(高度/线宽)优选落在0.1至3.0的范围内。

根据本发明的优选方面，线栅图案的节距优选在50nm至150nm的范围内。这里，节距是从形成任意山丘(突起)的起点到形成下一个山丘的起点(即，构成线栅图案的突起的周期)的距离。通常，当节距值大约为可见光波长的一半时，纳米偏振膜呈现出偏振现象。为了获得更高的偏振特性(消光比)，优选将节距设置得尽可能低。

在本发明中，考虑到蚀刻工艺的难度以及防止生产效率降低，线图案的节距优选地设定为50nm以上。特别地，由于信息识别层的安全元件是可见的反射模式与安全元件呈现为透明的透射模式之间必须出现明显的差异，所以优选地将节距控制为150nm以下。当节距被控制为落入上述范围内时，偏振(反射模式)和透射模式看起来明显，由此可以进一步增强作为安全元件的功能。

同时，根据本发明的优选方面，纳米线栅偏振器层的线栅图案可以包括选自由铝、铜、铬、铂、金、银、镍及它们的合金组成的组中的任意一种金属颗粒。这里，如果金属颗粒的粒径过大，则可图案化性可能成为问题，并且优选不超过100nm，更优选落入1nm至100nm的范围内。

纳米线栅偏振器层的线栅图案可以是仅由金属颗粒构成的图案，或者是配置为使金属颗粒添加有可固化树脂的图案。在通过进一步添加可固化树脂来形成线栅图案的情况下，可以在以下状态下形成图案：可固化树脂中包含金属颗粒；或者使用可固化树脂来形成线栅图案的下骨架，然后在骨架上层叠10至300nm高度的金属颗粒。

在本发明中，当线栅图案仅由金属颗粒构成时，可以按照以下方式形成线栅图案：在基底层上沉积预定厚度的金属以形成图案，然后进行诸如干蚀刻的蚀刻工艺。此外，当通过进一步添加可固化树脂来形成图案时，可固化树脂可以单独地或与金属颗粒组合地涂覆在基底层的一个表面上，然后可以通过形成有线栅形状的印模或图案模具来转印，随后使树脂固化。这里，印模可以通过镍电铸来制造，主图案模具可以按照以下方式形成：熔融的二氧化硅或硅片可以通过干涉光刻被图案化为线栅形状。本发明不限于上述形成线栅图案的工艺。

在本发明中，当使用可固化树脂和金属颗粒的混合物形成线栅图案时，金属纳米颗粒分散在可固化树脂中，或者可以熔融并与可固化树脂混合。这里，基于分散体或混合物的总重量，其可以包含10wt％至90wt％量的金属纳米颗粒。考虑到偏振和反射效率的增加，金属纳米颗粒的量优选地设定为10wt％以上，但不超过90wt％，以防止由于颗粒的附聚(agglomeration)而导致的分散性或可图案化性降低。

相反，当仅使用可固化树脂形成下骨架时，随后必须执行在由可固化树脂形成的图案的下骨架的突起上层叠金属颗粒。当层叠金属颗粒时，进行蚀刻工艺，使得形成在可固化树脂上的金属层选择性地仅留在突起上。为了在形成金属层之后高效地执行蚀刻工艺，由可固化树脂形成的线栅图案的突起可以形成地尽可能高，至少为50nm。

将金属颗粒层叠在可固化树脂上可以通过喷镀、热蒸发、电子束蒸发或用于通过同时蚀刻聚合物和金属形成金属层的干蚀刻来进行，但是本发明不限于此。为了便于在蚀刻工艺期间选择性地仅在线栅图案的突起上形成金属，以及为了表现出足够的偏振和反射效率，在蚀刻工艺之后最终层叠的金属层的厚度被控制为50nm以上。这里，为了防止金属的氧化或膜的挠性的降低，金属层的厚度不超过300nm。

根据本发明的优选方面，可固化树脂可以包括能够通过UV固化反应形成图案的任意类型的树脂，并且优选包括选自由丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯类树脂、聚酯类树脂、苯乙烯类树脂、醇酸类树脂、氨基类树脂、聚氨酯类树脂以及有机硅类树脂组成的组中的至少一种。

可固化树脂的具体实例可包括不饱和聚酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁基甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯以及丙烯酸-2-乙基己酯的均聚物、共聚物或三元共聚物。

[信息识别层]

根据本发明的优选方面，信息识别层可以包括选自由全息图、变色油墨、荧光材料、纳米光学透镜和精细字符组成的组中的至少一种安全元件。在本发明中，可以使用典型的工艺来制造信息识别层的安全元件，并且可以根据最终用途提供包括所有的多个安全元件的的多层结构。

在本发明中，全息图可以被配置为包括：通过对全息垫片进行压纹以赋予全息图效果，然后沉积厚度为约20nm至100nm的铝金属而获得的反射型全息金属层；以及使用选自聚酯、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚酰胺、聚碳酸酯、纤维素类酯和聚缩醛树脂中的材料在反射型全息金属层上形成的厚度为2μm至6μm的保护层。

另外，可以使用蜡、有机硅蜡、碳氟化物树脂或有机硅树脂在保护层上形成脱模层(release layer)，并且可以使用选自聚酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、纤维素酯、聚缩醛和聚酰胺中的至少一种在脱模层上形成载体膜层。此外，设置在反射型全息金属层下面的可以是包括选自丙烯酸树脂、环氧树脂、乙烯树脂、聚酰亚胺、聚酯树脂和聚氨酯树脂中的至少一种的粘合剂层。

在本发明中，当变色油墨用作信息识别层的安全元件时，将聚酯树脂与变色材料(例如珠光颜料，例如购自MERCK的Iriodin Red，Blue或Green)混合，并且设置为薄膜的形式。这里，聚酯树脂可具有21,000至26,000的分子量，以防止破裂并使变色效果最大化。考虑到树脂层表面的光泽和光滑度，变色材料的平均粒径优选为5μm至25μm。

在本发明中，选择并使用在可见光(380nm至780nm)下透明但在不可见光的波长下显示特定颜色的荧光材料作为信息识别层的安全元件。优选的荧光材料可以示例为有机硫化物，并且荧光材料与诸如聚酯的树脂混合，被印刷在透明沉积层上，然后使用热空气等干燥，从而形成用作信息识别层的荧光印刷部分。

此外，虚线或点紧密排列在背景图案上以形成浓度为14％至18％的屏幕色调，并且插入宽度为0.25mm至0.30mm、长度为0.25mm至0.30mm并且间距为0.20mm至0.29mm的精细字符，由此可以实施由于伪装效应而仅在使用放大镜观察时就可以识别的安全元件。这里，当精细字符的浓度比屏幕色调的浓度高约2％至3％时，通过复制或输出的再现是不可能的，但是屏幕色调的浓度和精细字符的大小不一定限于此。

除此之外，本发明的安全元件不限于以上所述，而是可以包括：水印，在水印中，在纸的制造期间将图案或字符施加在纸的特定部分上，使得通过透射光可以看到相同的图案或字符；以及安全线，所述安全线是插入到纸中并且在反射光下不可见但在透射光下可以清楚地观察到的薄线性膜。此外，可以应用特定油墨，例如凹版油墨、磁性油墨、红外油墨、CSI(变色油墨)和同色异谱油墨对(metameric ink pair)，并且可以应用纳米光学透镜，例如(购自Rentech Korea)。

通过以下实例可以获得对本发明的更好理解，所述实例仅仅用于说明而不应解释为限制本发明。

对照.典型的全息膜

使用UV固化树脂将Kolon全息标记压印在PET膜的一个表面上，从而形成作为对照的全息图图案。

实例1.具有作为信息识别层的全息图的安全膜

以与上述对照相同的方式使用UV固化树脂将Kolon全息标记压印在PET膜的一个表面上，从而形成全息图图案，之后使用UV固化树脂将节距为100nm、线宽为50nm以及高度为100nm的图案压印在未形成有全息图图案的PET膜的剩余表面上，从而形成栅格图案。最后，在栅格图案上沉积厚度为50nm的铝，从而形成具有图1所示的横截面结构的WGP层。

实例2.具有作为信息识别层的全息图和精细字符的安全膜

通过进一步在以与实例1相同的方式制造的安全膜的一个表面上层叠具有印刷的精细字符的膜来制造实例2的安全膜。

实例3.具有作为信息识别层的全息图和纳米光学透镜的安全膜

通过进一步在以与实例1相同的方式制造的安全膜的一个表面上层叠(购自Rentech Korea)来制造实例3的安全膜。

将对照和实例1至实例3放置在A₄纸上，并评估是否在不同角度观察到安全元件。结果示于下表1中。

[表1]

从表1的结果可以看出，在包括纳米线栅偏振器层的实例1至3中，根据膜的角度设置透射模式和反射模式，并且如图8所示，观察到全息图消失、可见，并且再次消失。如上所述，本发明的安全膜的特征在于，可以在单个膜中实现多样且可变的安全元件，并因此被认为与典型的安全元件相比表现出优异的安全功能。