CN110450560B - 光学防伪元件及其制备方法和光学防伪产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学防伪元件及其制备方法和光学防伪产品，属于光学防伪技术领域。所述光学防伪元件包括基材、位于所述基材上的浮雕层和至少部分覆盖所述浮雕层的反射层，所述浮雕层包括：非图文区域，由相互不重叠的多个微浮雕单元构成，每一个所述微浮雕单元具有多个光栅微浮雕结构，所述反射层覆盖在所述光栅微浮雕结构上，所述反射层对入射光具有调制作用；以及图文区域，与所述非图文区域无重叠，形成透明图文。本发明通过将非图文区域形成为光栅微浮雕结构，是的文字图案与背景没有明显的界限，大大提高了识别效果与整体美观程度。

Description

光学防伪元件及其制备方法和光学防伪产品

技术领域

本发明涉及光学防伪技术，具体地涉及光学防伪元件及其制备方法和光学防伪产品。

背景技术

人眼对于动感特征具有极其敏感的感知与分辨能力，因而在光学防伪技术领域，利用动感元素形成独特的视觉效果是一种常用的光学防伪形式。当观察者从不同的观察角度进行观察(例如倾斜光学防伪元件、改变光源的照明方向或者改变观察者的观察方向)时，该光学防伪元件中某些特定的图文元素的位置就会发生变化和/或产生形状变化。这种位置的移动、形状的改变等变化特征辨识简单，无需对观察者进行过多的教育，观察者即可在极短的时间内，例如几秒的时间内感受到明显的动态效果。

同时，人眼对颜色以及颜色的变化也十分敏感，能够分辨出两种颜色之间细小的差别，所以，将颜色变化作为一种光学防伪要素也是一种效率极高的防伪特征。当倾斜光学防伪元件时，该光学防伪元件中的颜色随着观察角度的变化而发生变化。

在现有的一些产品与工艺中，动感图文信息利用光栅形成。在形成光栅的微结构中，可以是衍射型的全息光栅，也可以是反射性的闪耀光栅，衍射型的全息光栅通过不同的周期和排布方向实现对光线传播方向的改变，反射性的闪耀光栅通过不同倾角和方向角的闪耀光栅改变光线的反射方向。在现有产品中，一般采用上述光栅组成文字图案，而背景为无光栅的平坦表面，形成的文字亮度较高，具有耀眼的闪烁效果，文字图案与背景具有较大的对比度，然而，这样会使文字图案与背景存在明显的界线，从而使识别效果与整体美观程度较差，而且文字图案与背景的颜色一般是相同的，这大大降低了识别性。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种光学防伪元件及其制备方法和光学防伪产品，用于提高光学防伪元件的识别性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种光学防伪元件，所述光学防伪元件包括基材、位于所述基材上的浮雕层和至少部分覆盖所述浮雕层的反射层，所述浮雕层包括：非图文区域，由相互不重叠的多个微浮雕单元构成，每一个所述微浮雕单元具有多个光栅微浮雕结构，所述反射层覆盖在所述光栅微浮雕结构上，所述反射层对入射光具有调制作用；以及图文区域，与所述非图文区域无重叠，形成透明图文。

优选地，在所述多个微浮雕单元中，不同的微浮雕单元中的光栅微浮雕结构对入射光的反射方向不同，同一个微浮雕单元中的光栅微浮雕结构对入射光的反射方向相同。

优选地，其特征在于，所述微浮雕单元为锯齿形光栅、正弦光栅、矩形光栅中的一者或多者的组合。

优选地，所述光栅微浮雕结构的特征尺寸为3μm至100μm。

优选地，任意所述光栅微浮雕结构的大小比所述非图文区域的大小至少小一个数量级。

优选地，所述反射层包括金属层、金属化合物层、高低折射率材料叠层和法布里-珀罗干涉器中的至少一者。

优选地，所述图文区域为平坦区域。

优选地，所述图文区域由多个光吸收微结构形成，该光吸收微结构对入射光具有光陷阱作用。

优选地，所述光吸收微结构的截面为圆形、正弦形、矩形、三角形中的任意一者。

优选地，所述光吸收微结构的特征尺寸为0.1μm至1μm，深宽比大于0.3。

优选地，在所述图文区域上覆盖有着色层。

优选地，所述着色层和所述浮雕层与所述基材的不同侧的表面接触。

优选地，所述浮雕层处于所述着色层与所述基材之间。

优选地，所述图文区域具有多个图文子区域，不同的图文子区域上覆盖的着色层的颜色不同。

优选地，所述反射层还覆盖在所述光吸收微结构上。

相应地，本发明还提供了一种光学防伪产品，其特征在于，包括以上所描述的光学防伪元件。

相应地，本发明还提供了一种光学防伪元件的制备方法，该方法包括：在基材上形成浮雕层，所述浮雕层具有由光栅微浮雕结构形成的非图文区域和平坦的图文区域；在所述浮雕层上沉积反射层；以及将沉积在所述图文区域的反射层去除。

优选地，该方法还包括：在所述浮雕层的图文区域上涂布着色层。

优选地，该方法还包括：在所述图文区域形成光吸收微结构；其中，在所述浮雕层的所述图文区域由光吸收微结构形成的情况下，则不去除沉积在所述图文区域的反射层。

通过上述技术方案，本发明通过将非图文区域形成为光栅微浮雕结构，是的文字图案与背景没有明显的界限，大大提高了识别效果与整体美观程度。

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是本发明提供的光学防伪元件的截面示意图；

图2是本发明提供的光学防伪元件在不同观察角度下形成动感图文的原理示意图；

图3是本发明提供的不同微浮雕单元成像的原理示意图；

图4是本发明提供的呈现浮于光学防伪元件表面之上的动态效果的示意图；

图5是本发明提供的呈现沉于光学防伪元件表面之下的动态效果的示意图；

图6是本发明提供的呈现缩放动态效果的示意图；

图7是本发明提供的呈现旋转动态效果的示意图；

图8是本发明提供的反射层为法布里-珀罗结构的截面示意图；

图9是本发明提供的图文区域为光吸收微结构的光学防伪元件的截面示意图；

图10是本发明提供的着色层与浮雕层处于基材的不同侧的表面上的光学防伪元件的截面示意图；

图11是本发明提供的着色层与浮雕层处于基材的同一侧的表面上的光学防伪元件的截面示意图；

图12是本发明提供的不同图文子区域上覆盖的着色层的颜色不同的光学防伪元件的截面示意图；

图13是本发明提供的不同文字具有不同颜色的动感示意图；

图14是本发明提供的相同文字具有不同颜色的动感示意图；

图15是本发明提供的文字具有颜色变化的动感示意图；

图16是本发明提供的光学防伪元件的制备方法的流程图；以及

图17是本发明提供的光学防伪元件的示意图。

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。

图1是本发明提供的光学防伪元件的截面示意图，如图1所示，光学防伪元件包括基材1、位于基材1上的浮雕层2和至少部分覆盖浮雕层2的反射层3，浮雕层2包括非图文区域21和图文区域22，其中非图文区域21由相互不重叠的多个微浮雕单元211、212、213构成，每一个微浮雕单元具有多个光栅微浮雕结构，反射层3覆盖在光栅微浮雕结构上，反射层3对入射光具有调制作用；图文区域22与非图文区域21无重叠，形成透明图文。

其中，以图1为例，微浮雕单元211具有光栅微浮雕结构2111和2112，微浮雕单元212具有光栅微浮雕结构2121和2122，微浮雕单元213具有光栅微浮雕结构2131和2132，本领域技术人员应当理解，图1仅仅为示意图，在图1中仅示例性地示出了三个微浮雕单元211、212、213，并且每一个微浮雕单元仅示例性地示出了两个光栅微浮雕结构。

基材1具有上表面和下表面，一般来说，浮雕层2和反射层3处于基材1的同一侧的表面上，例如浮雕层2和反射层3都处于基材1的上表面或都处于基材1的下表面。

“微浮雕单元”用于描述对入射光的反射方向相同的一类光栅微浮雕结构，应当注意的是，这里所描述的反射方向相同可以是完全相同，也可以是大致相同，也就是说在制作过程中虽然要求同一个微浮雕单元中的光栅微浮雕结构对入射光的反射方向相同，但是也是允许存在误差的。

在以上所描述的光学防伪元件中，非图文区域21的光栅微浮雕结构上覆盖的反射层3能够对入射光进行调制作用，未覆盖反射层3的图文区域22能够形成具有特定含义的透明图文信息，图文区域22可以是平坦区域。如图1所示，非图文区域21上覆盖有反射层3，图文区域22上未覆盖反射层3。图1中所示的图文区域22具有两个图文子区域221、222，不同的图文子区域可以用来形成不同的图文，图1中仅仅是示例性地示出了两个图文子区域。

在多个微浮雕单元中，不同的微浮雕单元中的光栅微浮雕结构对入射光的反射方向不同，同一个微浮雕单元中的光栅微浮雕结构对入射光的反射方向相同。微浮雕单元为锯齿形光栅、正弦光栅、矩形光栅中的一者或多者的组合。也就是说，对于光栅微浮雕结构的具体结构形状并没有特定的要求，只要满足同一个微浮雕单元中的光栅微浮雕结构对入射光的反射方向相同、不同的微浮雕单元中的光栅微浮雕结构对入射光的反射方向不同的要求就可以，微浮雕单元的具体形式可以根据需要实现的光学效果和光栅性质来确定。本领域技术人员应当理解，图1中所示的光栅微浮雕结构可以称为闪耀光栅。

浮雕层2可以通过光学曝光、电子束曝光等微纳加工方式获得，通过紫外浇铸、模压、纳米压印等加工方式进行批量复制。

同一个微浮雕单元中的光栅微浮雕结构可以是周期性的也可以是非周期性的，以图1中的微浮雕单元211为例，其中的两个光栅微浮雕结构2111和2112的截面可以相同也可以不同。在两个光栅微浮雕结构2111和2112的截面相同的情况下，称为光栅微浮雕结构是周期性的，在两个光栅微浮雕结构2111和2112的截面不同的情况下，称为光栅微浮雕结构是非周期性。

无论光栅微浮雕结构是周期性的还是非周期性的，光栅微浮雕结构的特征尺寸都应当为3μm至100μm。光栅微浮雕结构的特征尺寸指的是光栅微浮雕结构的宽度，以图1中的光栅微浮雕结构2111为例，即为光栅微浮雕结构2111的宽度。

任意光栅微浮雕结构的大小应当比非图文区域的大小至少小一个数量级。光栅微浮雕结构的大小(也可以称为尺寸)可以是光栅微浮雕结构的长、宽、高或者面积等，非图文区域的大小(也可以称为尺寸)可以是非图文区域的长、宽、高或者面积等，本领域技术人员应当理解，对于光栅微浮雕结构的大小与非图文区域的大小的比较应当是对同一特征的比较，例如光栅微浮雕结构的面积与非图文区域的面积进行比较。

图2是本发明提供的光学防伪元件在不同观察角度下形成动感图文的原理示意图，在本发明提供的光学防伪元件中，浮雕层2的非图文区域21具有多个微浮雕单元211、212、213，每一个微浮雕单元211、212、213具有多个不同参数的光栅微浮雕结构，包括但不仅限于2111、2112、2121、2122、2131、2132等。以光栅微浮雕结构为闪耀光栅为例，通过调节闪耀光栅的倾角和闪耀光栅的朝向，能够将入射光的反射方向进行调制，能够将入射光反射到特定的方向。在非图文区域21中，具有相同参数的光栅微浮雕结构形成一个微浮雕单元，例如211、212、213。每个微浮雕单元中包含了具有参数相同的、对入射光具有调制作用、具有反射层的光栅微浮雕结构。可以将非图文区域21中具有相同参数的闪耀光栅结构取出，例如子单元211，形成图2(c)所示的图案。图2(c)所示的图案可以看成是由具有反射层的闪耀光栅背景(由非图文区域形成)与无反射层的图文区域构成的，由于作为背景的光栅微浮雕结构上具有反射层，所以背景的反射率远高于无反射层的图文区域的反射率，因此外界观察时呈现明亮的背景与较暗的文字，形成阴图文。然而，一个微浮雕单元仅仅为非图文区域中的一部分，所以一个微浮雕单元并不能占据所有的空间，而是占据一部分，剩余的部分被其他微浮雕单元占据，假设如图2(a)所示的“掩膜”为一个微浮雕单元211所占据的位置，其中白色区域为该微浮雕单元211的有效占据区域，黑色区域为该微浮雕单元211以外其他微浮雕单元(例如212、213)占据的位置。图2(b)所示的“图文”为微浮雕单元211形成的完整背景以及相应的图文区域形成的图文情况。

可以将图2(a)视为一个“掩膜版”，黑色是无效部分，白色是有效部分，观察者看到的是通过“掩膜”(图2(a))选择作用在“图文”(图2(b))之后的“有效图文部分”(图2(c))。仍然以微浮雕单元211为例，本领域技术人员应当理解，这个过程为在计算机上进行合成的过程中，在数学和图形处理上可以认为，例如微浮雕单元211与图文子区域221的结合其实是由图2(b)所示的“图文”与图2(a)所示的“掩膜”叠加在一起获得的，其中图2(a)所示的“掩膜”中白色区域赋值1，黑色区域赋值0，再与图2(b)所示的“图文”进行“与”的运算，即可获得微浮雕单元211。以闪耀光栅为例，当观察者正好处于闪耀光栅的反射方向时，则能观察到光学防伪元件中非图文区域21中的微浮雕单元211。在微浮雕单元211中，虽然有效部分的光栅微浮雕结构并不是占满整个空间，但是非图文区域形成的背景中带有反射层3的闪耀光栅具有足够的反射率，足以衬托出没有反射层的图文，进而可以观察到阴图文信息，例如数字“1”。

图3是本发明提供的不同微浮雕单元成像的原理示意图，光学防伪元件的图文区域21具有多个微浮雕单元(图3所示为9个)，如图3所示，在计算机上进行合成的过程中，浮雕层可以视为由不同的图文信息与掩膜叠加而成，即各个微浮雕单元所占据的位置由相应的“掩膜”图片确定，而相应位置上的由微浮雕单元形成的完整背景以及相应的图文区域构成的图文情况由相应的“图文”图片确定，如图3所示给出了每个微浮雕单元的“图文”与“掩膜”示意图，图3所示为通过9个“掩膜”和相应位置的9个“图文”来构成光学防伪元件。通过将图3所示的9个“掩膜”和相应位置的9个“图文”叠加组合在一起，即形成了最终的光学防伪元件，本领域技术人员应当理解，这个过程是先针对每一个“掩膜”将其和对应的“图文”叠加的得到一个组合，然后再将得到的9个组合叠加形成最终的光学防伪元件。

由于每个微浮雕单元中背景闪耀光栅的朝向不同，因此在不同角度下可以观察到不同微浮雕单元的信息，例如从左上方观察能够观察到微浮雕单元211的信息，依次类推，能够实现在整个空间坐标内观察均能观察到图文信息。各个微浮雕单元中的图文处于不同位置，在从不同角度观察时，观察者则感觉到文字位置的变化，实现动感效果。如图4所示，在左上方观察时，微浮雕单元211的背景(即非图文区域)中的闪耀光栅恰好能够将入射光反射被人眼观察到，此时背景是明亮的，而微浮雕单元211中的文字“1”(即图文区域)无反射层，因此其反射率远低于背景的反射率，进而与背景形成对比，形成亮背景暗字的阴文“1”。此时，图文信息“1”处于防伪元件的左上侧；在从上方观察时，“1”位于防伪元件上侧；在从右上方观察时，“1”处于防伪元件右上方，等等。由于不同微浮雕单元中的光栅微浮雕结构的参数不同，因此当一个微浮雕单元将光线反射进入人眼时，其他微浮雕单元的反射光均不能被人眼观察到，因此，各微浮雕单元之间不存在互相干扰的问题。所以，只要人眼能够观察到明亮的背景与阴图文时，只有一个微浮雕单元起到了反射的作用，也就保证了不会存在多个图文之间的相互干扰，保证了文字的清晰识别。需要注意的是，图3中的图形是为了更为清晰的说明动感产生的过程以及微浮雕单元之间的各种关系，示意图的分辨率远小于实际设计图的分辨率，因此在实际观察时不会产生模糊或者丢“帧”的现象。

图4是本发明提供的呈现浮于光学防伪元件表面之上的动态效果的示意图，图5是本发明提供的呈现沉于光学防伪元件表面之下的动态效果的示意图。图4中形成的观察效果为同向动感，即水平改变观察视角的过程中，图像(即图文信息“1”)随着人眼的移动的同方向而同步水平移动。在这种情况下，人的双眼还将同时获得图案浮于光学防伪元件1所在的表面之上而呈现的上浮特征。如果在水平方向上改变图4中的图像位置为如图5所示的情形，则可获得观察效果为反向动感特征，即水平改变观察视角的过程中，所述图像随着人眼的移动的反方向而同步水平移动。在这种情况下，人的双眼还将获得图案下沉于光学防伪元件所在的表面之下而呈现的下沉特征。图4和图5中的上浮和下沉特征的浮沉深度与图像的动感的强度(即单位水平视角范围内的移动距离)呈正相关。同样，在垂直方向上也可利用同样的方式形成同向动感和反向动感，于此不再赘述。

图6是本发明提供的呈现缩放动态效果的示意图，当采用不同大小的图案“1”时可以获得具有缩放特征的全视差图案特征。图7是本发明提供的呈现旋转动态效果的示意图，当采用不同旋转角度的图案“1”时可以获得具有旋转特征的全视差图案特征。图6和图7的原理与图4类似，于此不予赘述。

本发明中的描述的反射层3包括金属层、金属化合物层、高低折射率材料叠层和法布里-珀罗干涉器中的至少一者。

反射层可以为Al层，其厚度可以例如为40纳米。在实际应用中反射层并不限于Al层，其范围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层，其中该反射层或吸收层与光栅微浮雕结构(还可能是光吸收微结构)相接触；

由高折射率介质层、低折射率介质层和高折射率介质层依次堆叠形成的多介质层镀层；

由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层，其中该反射层或吸收层与光栅微浮雕结构(还可能是光吸收微结构)相接触。

反射层的结构可以称之为干涉型多层膜结构，该干涉型多层膜结构可以形成法布里-泊罗(FP)谐振腔，其对入射的白光具有选择作用，使得出射光线只包含某些波段，从而形成特定的颜色，当入射角变化时，与之相对的光程发生变化，干涉波段也发生变化，从而导致呈现给观测者的颜色也随之变化，从而形成颜色变化的光变效果。在根据本发明的实施方式中，高折射率介质层指的是折射率大于或等于1.7的介质层，其材料可以是ZnS、TiN、TiO2、TiO、Ti2O3、Ti3O5、Ta2O5、Nb2O5、CeO2、Bi2O3、Cr2O3、Fe2O3、HfO2、ZnO等，低折射率介质层指的是折射率小于1.7的介质层，其材料可以是MgF2、SiO2等。反射层的材料可以是Al、Cu、Ni、Cr、Ag、Fe、Sn、Au、Pt等金属或其混合物和合金；吸收层材料可以是Al、Cr、Ni、Cu、Co、Ti、V、W、Sn、Si、Ge等金属或其混合物和合金。反射层的作用是增强光栅微浮雕结构的衍射和/或反射强度并提供反射层自身的颜色特征，从而使得本发明的光学防伪元件具有更丰富的颜色选择，并具有更高的防伪能力。

可以通过物理和/或化学沉积的方法在光栅微浮雕结构上形成反射层，物理和/或化学沉积的方法例如包括但不限于热蒸发、磁控溅射、MOCVD、分子束外延等。优选地，反射层可以以同形覆盖的形式形成在光栅微浮雕结构上。

下面通过图8以形成在光栅微浮雕结构上的反射层为例对反射层的具体结构进行阐述。图8是本发明提供的反射层为法布里-珀罗结构的截面示意图，如图8所示，本发明中涉及的反射层为多层膜结构，特别是法布里-泊罗(FP)谐振腔时，例如从上到下分别为铬31(吸收层)、氟化镁32(介质层)、铝33(反射层)的叠层结构，形成反射层3，沉积于浮雕层2之上，由此形成整个背景区域。当改变观察方向时，该反射层颜色会发生变化。例如铬层61为9nm，氟化镁层62为470nm，铝层63为70nm时，观察者垂直于元件1表面观察时，光学防伪元件的非图文区域呈现洋红色；当倾斜观察时，光学防伪元件的非图文区域呈现绿色。因此，观察者会得到一个整体的观感，即在改变观察角度的过程中，随着背景(即非图文区域)颜色的变化，数字“1”与数字“0”之间的距离发生变化。即实现了颜色变化效果与动感效果的集成。

为了提高与由非图文区域形成的背景的反射层的对比度，可以在图文区域采用光吸收微结构作为“光陷阱”对入射光进行吸收，能够对可见光波段进行全谱的吸收，抑制反射光，形成所谓的“光学黑”结构。图9是本发明提供的图文区域为光吸收微结构的光学防伪元件的截面示意图，如图9所示，图文区域22由多个光吸收微结构形成，该光吸收微结构对入射光具有光陷阱作用。图9中所示的图文区域22具有两个图文子区域221、222，不同的图文子区域可以用来形成不同的图文，图9中仅仅是示例性地示出了两个图文子区域，当然，每一个图文子区域均由多个光吸收微结构形成。光吸收微结构具有较高的深宽比(即深度与宽度的比值)，当光线入射到光吸收微结构时，由于该光吸收微结构具有较高的深宽比，所以入射光线在光吸收微结构之间经过多次反射、吸收、共振等作用，无光线“逃逸”出该结构或者出射光很少，形成了光的“陷阱”，从而形成了黑色(“光学黑”)。

应当理解，在图文区域22由光吸收微结构形成(也就是说，图文区域不是平坦区域)的情况下，反射层还覆盖在光吸收微结构上，即在图文区域22上可以存在反射层，而在图文区域22为平坦区域的情况下，则图文区域22不存在反射层以减少对光线的反射作用。

本领域技术人员应当理解，光吸收微结构与光栅微浮雕结构(例如2111、2112等)类似，二者的形状相同，尺寸不同，光吸收微结构的特征尺寸为0.1μm至1μm，深宽比大于0.3。光吸收微结构的特征尺寸为光吸收微结构的宽度。

在一个实施例中，光吸收微结构的特征尺寸可以为1μm，其深度为0.8μm。当然，光吸收微结构的特征尺寸可以为小于1μm或小于0.5μm，深宽比可以大于0.8。

在另一个实施例中，光吸收微结构的特征尺寸为330nm，其深度为180nm，在这种情况下，不论通过显微镜观察微图像或直接观察宏观图像，该光吸收微结构区域均呈现棕黑色。

光吸收微结构可以通过光学曝光、电子束曝光等微纳加工方式获得，通过紫外浇铸、模压、纳米压印等加工方式进行批量复制。以上的通用加工过程中光吸收微结构覆盖的区域确定性地由原版所决定，而不受批量加工的过程所影响，相比较常见的油墨印刷构成的微图像层具有独特的优势，例如完全还原设计尺寸，无拓展，具有较高的对比度和清晰度，并且光吸收微结构的精细度取决于其特征尺寸，该特征尺寸可以是微米级甚至更小，相较于油墨印刷构成的微图像具有更高的分辨率。

光吸收微结构的截面为圆形、正弦形、矩形、三角形中的任意一者，俯视形状可以是任意几何形状，例如圆形、多边形等。与光栅微浮雕结构类似，光吸收微结构可以是周期性的，也可以是非周期性的。

可以通过调节光吸收微结构的参数，实现对入射光不同波段的吸收，以得到多种颜色，当采用铝作为反射层(该反射层覆盖了光栅微浮雕结构和光吸收微结构)时，光吸收微结构的深度为100nm、宽度为300nm时，肉眼所观察到的图文的文字的颜色为红色；光吸收微结构的深度为180nm、宽度为345nm时，肉眼所观察到的图文的文字的颜色为棕色；光吸收微结构的深度为300nm、宽度为250nm时，肉眼所观察到的图文的文字的颜色为黑色。

由于由非图文区域形成的背景区域具有光栅微浮雕结构，且光栅微浮雕结构上沉积有反射层，因此反射率较高，能够达到50％以上，甚至接近90％。而文字区域22表面没有反射层，反射率一般会小于10％。因此两者之间反射率差别较大，能够形成清晰的阴图文信息。为了进一步提高背景反射层与无反射层文字之间反射率的差别，增加阴图文的对比度，可以在图文区域或者是图文区域基材的另一面涂布吸收层，进一步增加文字区域对入射光的吸收，降低反射率，提高阴图文对比度。

本发明提供的光学防伪元件还可以在图文区域上覆盖有着色层。着色层与浮雕层可以处于基材的不同侧的表面上，也可以处于基材的同一侧的表面上。

图10是本发明提供的着色层与浮雕层处于基材的不同侧的表面上的光学防伪元件的截面示意图，如图10所示，着色层4和浮雕层2与基材1的不同侧的表面接触，也就是说，着色层4与浮雕层2处于基材1的不同侧的表面上，反射层3与浮雕层2处于基材1的同一侧的表面上。例如，浮雕层2在基材1的上表面，着色层4在基材1的下表面。在有着色层4存在的情况下，着色层4能够吸收通过图文区域2的光线，防止光线通过承载物(例如光学防伪元件下部的纸等材料)进行反射来干扰非图文区域21中的微浮雕单元211、212、213对光线的反射调制，该方法进一步提高了图文区域22的对比度，有利于图文信息的观察。如图10所示，在图文区域22包括两个图文子区域221、222(即第一图文子区域221和第二图文子区域222)的情况下，着色层4也可以包括两个着色子层41、42(即第一着色子层41和第二着色子层42)，其中第一着色子层41能够吸收通过第一图文子区域221的光线，第二着色子层42能够吸收通过第二图文子区域222的光线。

图11是本发明提供的着色层与浮雕层处于基材的同一侧的表面上的光学防伪元件的截面示意图，如图11所示，浮雕层2处于着色层4与基材1之间，也就是说，着色层4与浮雕层2处于基材1的同一侧的表面上，即，浮雕层2、反射层3、着色层4处于基材1的同一侧的表面上，即均在基材1的上表面或均在基材1的下表面。在这种情况下，观察者需要透过基材3观察，在该实施例中，由于着色层4与浮雕层2处于同侧，避免了不同界面时光线的干扰，更有利于光线的吸收和文字对比度的提升，有利于观察。

图12是本发明提供的不同图文子区域上覆盖的着色层的颜色不同的光学防伪元件的截面示意图，如图12所示，图文区域具有多个图文子区域，不同的图文子区域上覆盖的着色层的颜色不同。以图12为例，图文区域22具有两个图文子区域221、222，相应地，着色层4具有两个着色子层41、42，第一图文子区域221上覆盖第一着色子层41，第二图文子区域222上覆盖第二着色子层42，其中第一着色子层41与第二着色子层42的颜色不同。

图文区域的不同位置(即不同的图文子区域)处的着色层4的颜色可以不同，如图11所示，在第一图文子区域221的位置下方为第一着色子层41，第二图文子区域222的位置下方为第二着色子层42，且第一着色子层41与第二着色子层42的颜色不同。当观察者从浮雕层2一侧观察时，能够观察到非图文区域21上的反射层3的反射光，还可以透过图文区域22观察到着色层4的反射光。由于着色层4能够对入射光的绝大多数光谱能量进行吸收，反射光光谱中剩余波长的能量分布即构成了人眼最终感知的颜色。

图13是本发明提供的不同文字具有不同颜色的动感示意图，如图13所示，第一图文子区域221和第二图文子区域222形成了不同的两个图文，以图13为例，假设第一着色子层41为红色，位于第一图文区域221之下，第一图文区域221形成的图文为数字“1”；第二着色子层42为蓝色，位于第二图文区域222之下，第二图文区域222形成的图文为数字“0”。最终形成如图13所示的情况。在倾斜光学防伪元件1或者改变观察者的观察角度，亦或者改变入射光的入射方向时，能够观察到数字“1”与数字“0”之间的距离发生变化，形成动感效果。并且，由于第一着色子层41与第二着色子层42的存在，数字“1”呈现第一着色子层41的颜色，在该实施例中为红色，数字“0”呈现第二着色子层42的颜色，在该实施例中为蓝色。最终形成不同颜色图文的文字的动感特征。这种多色动感效果很难由单一微结构或者反射层或者颜料实现。图13分别显示了从偏左40°(-40°)、偏左15°(-15°)、偏右15°(15°)、偏右40°(40°)观察的效果。

图14是本发明提供的相同文字具有不同颜色的动感示意图，如图14所示，图文区域22的不同图文子区域221、222位于所形成的文字的不同位置，以图14为例，第一着色层41为红色，位于第一图文子区域221之下，其中第一图文子区域221形成了数字“10”的上半部分；第二着色层42为蓝色，位于第二图文子区域222之下，其中第二图文子区域222形成了数字“10”的下半部分。最终形成如图14所示的情况。在倾斜光学防伪元件1或者改变观察者的观察角度，亦或者改变入射光的入射方向时，能够观察到数字“1”与数字“0”之间的距离发生变化，形成动感效果。并且，由于第一着色层41与第二着色层42的存在，数字“10”的上半部分呈现第一着色层41的颜色，在该实施例中为红色，数字“10”的下半部分呈现第二着色层42的颜色，在该实施例中为蓝色。最终形成同一图文不同位置的动感特征。图14分别显示了从偏左40°(-40°)、偏左15°(-15°)、偏右15°(15°)、偏右40°(40°)观察的效果。

在本发明提供的光学防伪元件中，着色层除了使用固定颜色的颜料，还可以选择颜色随观察角度变化的变色油墨，例如OVI油墨。图15是本发明提供的文字具有颜色变化的动感示意图，如图15所示，在倾斜光学防伪元件或者改变观察者的观察角度，亦或者改变入射光的入射方向时，能够观察到数字“1”与数字“0”之间的距离发生变化，形成动感效果，并且，由于着色层4为变色油墨，所以随着观察角度的变化，数字“10”的颜色也发生变化。图15分别显示了从偏左40°(-40°)、偏左15°(-15°)、偏右15°(15°)、偏右40°(40°)观察的效果。

相应地，本发明还提供了一种光学防伪元件的制备方法，该方法包括：在基材上形成浮雕层，浮雕层具有由光栅微浮雕结构形成的非图文区域和平坦的图文区域；在浮雕层上沉积反射层；以及将沉积在图文区域的反射层去除。为了提供图文区域所显示的图文的对比度，本发明提供的光学防伪元件的制备方法还可以包括在浮雕层的图文区域上涂布着色层，这里着色层的具***置和颜色等特征在上文中已经具体描述，于此不予赘述。通过上文的描述可以看出，浮雕层的图文区域还可以由光吸收微结构形成，因而，本发明提供的方法还包括：在图文区域形成光吸收微结构；其中，在浮雕层的图文区域由光吸收微结构形成的情况下，则不去除沉积在所述图文区域的反射层。

图16是本发明提供的光学防伪元件的制备方法的流程图，如图16所示，该方法包括：

步骤1601，在基材上形成浮雕层，其中，基材可以是透明基材或半透明基材，且该基材包括两个表面，浮雕层具有由光栅微浮雕结构形成的非图文区域和平坦的图文区域。可以通过电子束直刻方法或激光直刻方法制作光栅微浮雕结构，并在制作过程中配置光栅微浮雕结构的参数，再将光栅微浮雕结构形成的浮雕层形成在基材的一个表面上。

步骤1602，在浮雕层上沉积反射层，反射层可以是由高折射率材料层和低折射率材料层依次层叠构成的介质叠层，或者是单层反射层(金属或高折射率介质)，或者是法布里-珀罗(F-P)结构的反射层。

步骤1603，将沉积在图文区域的反射层去除，以减少对光线的减弱，应当注意的是，如果在图文区域形成光吸收微结构，则无需这一步，即无需去除图文区域的反射层。另外，需要说明的是，在图文区域形成的光吸收微结构可以采用高深宽比的光吸收微结构或者大深度的光吸收微结构，在制作光吸收微结构的过程中配置光吸收微结构的参数，与步骤1601相结合，即为将光栅微浮雕结构和光吸收微结构形成的浮雕层形成在基材的一个表面上。

步骤1604，在浮雕层的图文区域上涂布着色层，着色层的具***置和颜色等特征根据上文中的描述可以得到。具体来说，可以根据所沉积的反射层的性质，在与浮雕层的相对的基材的另一侧的表面或同一侧的表面涂布着色层。例如，当反射层为“微结构/吸收膜/介质膜/反射膜”或“高折射率/低折射率”叠层时，着色层与浮雕层可以处于基材的同一侧的表面；当反射层为其他类型“微结构/反射膜/介质膜/吸收膜”或“高折射率/低折射率”或金属反射层时，着色层与浮雕层可以处于基材的不同侧的表面。

在通过以上所描述的方法制备完成光学防伪元件之后，可以在光学防伪元件的两侧涂布保护层，保护层具有保护该防伪元件不受外界环境影响，保护反射层抗腐蚀的能力，这里要求保护层具有一定的透明性，不会对入射光、反射光产生干扰。

为了有一个直观的效果，发明人通过图17显示了光学防伪元件的示意图，从图17中可以看出非图文区域21和图文区域22，可以看出，图文区域22形成了数字“10”。

相应地，本发明还提供了一种光学防伪产品，包括以上所描述的光学防伪元件。

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。

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。

Claims (19)

1.一种光学防伪元件，其特征在于，所述光学防伪元件包括基材、位于所述基材上的浮雕层和至少部分覆盖所述浮雕层的反射层，所述浮雕层包括：

非图文区域，由相互不重叠的多个微浮雕单元构成，每一个所述微浮雕单元具有多个光栅微浮雕结构，所述反射层覆盖在所述光栅微浮雕结构上，所述反射层对入射光具有调制作用；以及

图文区域，与所述非图文区域无重叠，形成透明图文。

2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，在所述多个微浮雕单元中，不同的微浮雕单元中的光栅微浮雕结构对入射光的反射方向不同，同一个微浮雕单元中的光栅微浮雕结构对入射光的反射方向相同。

3.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微浮雕单元为锯齿形光栅、正弦光栅、矩形光栅中的一者或多者的组合。

4.根据权利要求2所述的光学防伪元件，其特征在于，所述光栅微浮雕结构的特征尺寸为3μm至100μm。

5.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，任意所述光栅微浮雕结构的大小比所述非图文区域的大小至少小一个数量级。

6.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述反射层包括金属层、金属化合物层、高低折射率材料叠层和法布里-珀罗干涉器中的至少一者。

7.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述图文区域为平坦区域。

8.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述图文区域由多个光吸收微结构形成，该光吸收微结构对入射光具有光陷阱作用。

9.根据权利要求8所述的光学防伪元件，其特征在于，所述光吸收微结构的截面为圆形、正弦形、矩形、三角形中的任意一者。

10.根据权利要求8所述的光学防伪元件，其特征在于，所述光吸收微结构的特征尺寸为0.1μm至1μm，深宽比大于0.3。

11.根据权利要求8所述的光学防伪元件，其特征在于，在所述图文区域上覆盖有着色层。

12.根据权利要求11所述的光学防伪元件，其特征在于，所述着色层和所述浮雕层与所述基材的不同侧的表面接触。

13.根据权利要求11所述的光学防伪元件，其特征在于，所述浮雕层处于所述着色层与所述基材之间。

14.根据权利要求11所述的光学防伪元件，其特征在于，所述图文区域具有多个图文子区域，不同的图文子区域上覆盖的着色层的颜色不同。

15.根据权利要求8所述的光学防伪元件，其特征在于，所述反射层还覆盖在所述光吸收微结构上。

16.一种光学防伪产品，其特征在于，包括权利要求1至15中任意一项权利要求所述的光学防伪元件。

17.一种光学防伪元件的制备方法，其特征在于，该方法包括：

在基材上形成浮雕层，所述浮雕层具有由光栅微浮雕结构形成的非图文区域和平坦的图文区域；

在所述浮雕层上沉积反射层；以及

将沉积在所述图文区域的反射层去除。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在所述浮雕层的图文区域上涂布着色层。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在所述图文区域形成光吸收微结构；

其中，在所述浮雕层的所述图文区域由光吸收微结构形成的情况下，则不去除沉积在所述图文区域的反射层。

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