多层体和用于生产防伪元件的方法技术

本发明专利技术涉及多层体(1，2，3)和生产防伪元件的方法。该多层体具有金属层(21)。在金属层(21)的第一表面和/或第二表面的至少多个区域形成光学活性的表面凹凸，金属层(21)的所述第一表面朝向或形成所述多层体的上侧(201)，所述金属层(21)的所述第二表面朝向或形成所述多层体的下侧(202)。在多层体的至少一个第一区域(31至39)中，由第一凹凸结构(61)形成表面凹凸。在至少一个由相应的方位角确定的方向(617)上，第一凹凸结构(61)具有一系列凸起(612)和凹陷(614)，其中的凸起(612)以间隔周期P互相连续，P小于可见光的波长，其中凹陷(614)的最低点在底表面上并且第一凹凸结构(61)具有凹凸深度t，其由第一凹凸结构(61)的凸起(612)的最高点到底表面在垂直于底表面的方向上的间隔确定。对第一凹凸结构(61)的轮廓形状和/或凹凸深度t进行选择，使得至少以第一入射角入射在第一区域(31至39)上并且由第一区域中的金属层(21)直接反射或者直接透射通过金属层的光(52，53)的颜色外观发生变化，具体是通过金属层与入射光的等离振子共振来改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及多层体，具体是用于防伪文件的防伪元件以及生产防伪元件的方法。已知将具有全息图或计算机生成的衍射光栅的防伪元件应用于钞票。这类防伪元件通常通过入射光在第一或更高衍射级的靶向衍射产生光学上变化的效果并且因此通常在直接反射中仅显示镜面的印象。此外，已知通过使用干涉滤光片在直接反射中产生颜色效果，该干涉滤光片可以例如干涉层颜料的形式加入印刷油墨中。这些干涉滤光片是基于由导电层和/或非导电(介电)层制成的多层系统，例如金属/非导体/金属或非导体/非导体/非导体，其中非导电层具有不同的折射率。此外，在WO 03/059643A1中描述了具体防伪元件的结构，其具有由透明介电材料制成的集成光波导。光波导嵌埋在塑料层之间，在该塑料层中形成零级衍射光栅。在此，还通过将入射光耦合到光波导中并耦合到光波导外在直接反射中产生颜色效果。本专利技术的目的是详细说明多层体和用于产生防伪元件的方法，其特征在于针对伪造的高水平保护。通过具有金属层的多层体来实现该目的，其中，至少在金属层的第一表面和/或金属层的第二表面中的区域中形成光学活性的表面凹凸(relief)，该金属层的第一表面朝向多层体的上侧或形成多层体的上侧，该金属层的第二表面朝向多层体的下侧或形成多层体的下侧，其中，在该多层体的至少一个第一区域中，由第一凹凸结构形成表面凹凸，处于由分配的方位角确定的至少一个方向上的该第一凹凸结构具有一系列的凸起和凹陷，其中的凸起以间隔周期P互相连续，P小于可见光的波长，并且其中凹陷的最低点限定了底表面并且第一凹凸结构具有凹凸深度t，其是由从底表面开始的第一凹凸结构的凸起的最高点在与底表面垂直的方向上的间隔确定的。进一步通过生产防伪元件的方法来实现该目的，其中，生产包含具有在第一表面或与第一表面相对的第二表面中形成的光学活性表面凹凸的金属层的多层体，其中，在该多层体的至少一个第一区域中，由第一凹凸结构形成表面凹凸，处于由分配的方位角确定的至少一个方向上的该第一凹凸结构具有一系列的凸起和凹陷，其中的凸起以间隔周期P互相连续，P小于可见光的波长，并且其中凹陷的最低点限定了底表面并且第一凹凸结构具有凹凸深度t，其是由从底表面开始的该凹凸结构的凸起的最高点在与底表面垂直的方向上的间隔确定的。在此对第一凹凸结构的轮廓形状和/或凹凸深度t进行具体选择，以改变至少以第一入射角入射在第一区域上并且由金属层直接反射或者通过金属层直接透射的光的颜色外观，具体是通过金属层与入射光的等离振子共振来改变。半导体、金属和绝缘体中的电荷载流密度的量子振动被称为等离振子；量子在机械上作为准粒子处理。术语“等离振子”是量子的等离子振动的常用缩写。光子之于电磁波，就如同等离振子之于金属费米气体中的振动。颗粒等离振子、表面等离振子和体相等离振子之间有所区别。前两者属于等离振子偶振子(plasmon polariton)，在此是电子密度振动与金属外电磁场的偶联。严格地说，表面和颗粒等离振子因此应该被认为是辅助偶振子。本文所述的防伪元件中的等离振子共振被分类为等离振子偶振子。经典上，可将等离振子视作相对于正离子振动的电子。为了更好地说明，在向右取向的场中想象立方体金属块。现在游离的电子移向左侧，直至内部的场被平衡。在右侧边缘暴露出正离子。如果现在关掉外部的场，电子移回右侧，因为它们互相排斥并且被正离子吸引。由此，该电子现在以等离子频率来回振动直至摩擦或其他种类的阻尼将能量用尽。等离振子是这种天然振动的量子化。本专利技术提供了提供具有光学外观的防伪元件的优势，这种外观将其与之前已知的有银色光泽和/或彩虹色的全息图效果相分开，并且提供进一步增加针对防伪文件伪造的保护水平的新型颜色效果。此外，这些效果也不能通过通常的全息成像技术的方式来模拟，并且也不能通过点矩阵和KineMax装置的方式来复制，结果由此产生针对伪造的保护水平显著增加。此外，可以比已知的干涉滤光片(例如，Fabry-Pérot滤光片)成本更低地生产该多层体，这些滤光片通常由三层或更多层构成，有时有非常低的厚度公差。多层体的光学外观的特征具体在于在直接反射和/或透射中(由此在“正常”的观察条件下)可见限定(主要是单色)的颜色印象(例如，红色)。该颜色印象在较宽的倾斜角范围内是稳定的(通常至少10°至20°)。在严重倾斜的情况下(例如，30°)，这种颜色印象变为第二种限定并稳定的颜色印象(例如，绿色)，与所谓的Fabry-Pérot薄膜滤光片相似。通过这种针对轻微倾斜的稳定性，其与所谓的彩虹色效果或第一或更高级衍射光栅是明显不同的，当仅倾斜10°时，它们通常通过彩虹的整个调色盘。此外，衍射光栅的彩虹色效果并不在直接反射中而在其他角度下出现，可使用衍射公式来计算该角度。根据本专利技术的一个优选的实施方式，第一凹凸结构具有相对于底表面处的镜面反射为不对称的轮廓形状。已经令人惊讶地发现，在长期研究之后，对人类观察者而言，这类轮廓形状产生比对称的轮廓形状(例如，对称的正弦或矩形轮廓形状)可见度高得多且清晰得多的颜色印象。这个意义上对称的轮廓形状的特征是底表面的镜面对称。这些轮廓形状在镜面反射期间保持相同，凹凸结构仅仅偏移了半个周期P。如果在金属层的两个表面中形成第一凹凸结构并且将该金属层包埋在具有相同折射率的材料的两侧，则在从两侧观察的情况中光学效果(在相同的角度并且在相同的照射条件下)与镜面对称轮廓形状情况中的光学效果相同。这个意义上的不对称轮廓形状在由底表面延伸的平面中没有这种镜面对称。当从两侧观察时，这些轮廓形状是不同的。例如，具有这种不对称轮廓形状的第一凹凸结构可由在从一侧观察时具有窄峰和宽谷的排列组成并且可由在从另一侧观察时具有宽峰和深且窄的谷组成。因此，研究还令人惊讶地显示在这种形成轮廓形状的情况中，相对于等离振子共振，凹陷像金属层中的亚波长孔那样发挥作用并且促进等离振子的产生。不对称轮廓形状使得激发电场更强烈地定域化(例如，在凹凸结构的窄峰处)，这可导致更显著的共振，例如，吸收。而且在不对称轮廓形状的情况中，两侧的等离振子的激发是不同的。此外，优选对第一凹凸结构的轮廓形状进行选择，使得该第一凹凸结构(具有周期P和凹凸深度t)的凸起和凹陷的宽度在相对于距底表面的t/2处(即，“半峰全宽”或FWHM)为至少0.6x P，优选至少0.7x P，或至多0.4x P，尤其是至多0.3x P(“x”表示数学运算“倍数”)。因此，在与底表面平行本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有上侧(201)和下侧(202)的多层体(1，2，3)，特别例如用于防伪文件的防伪元件，其中所述多层体具有金属层(21)，在金属层(21)的第一表面和/或第二表面的至少多个区域形成光学活性表面凹凸，金属层(21)的所述第一表面朝向或形成所述多层体的上侧(201)，所述金属层(21)的所述第二表面朝向或形成所述多层体的下侧(202)，在所述多层体的至少一个第一区域(31至39)中，由第一凹凸结构(61)形成所述表面凹凸，其在由分配的方位角确定的至少一个方向(617)上具有一系列的凸起(612)和凹陷(614)，其中的所述凸起(612)以间隔周期P互相连续，P小于可见光的波长，其中所述凹陷(614)的最低点(615)在底表面上并且所述第一凹凸结构(61)具有凹凸深度t，所述凹凸深度t由所述第一凹凸结构(61)的凸起(612)的最高点(613)到所述底表面(616)在垂直于所述底表面(616)方向上的间隔确定，选择所述第一凹凸结构(61)的凹凸深度t和/或轮廓形状使得至少以第一入射角入射在第一区域(31至39)上并且被第一区域中的金属层(21)直接反射或者直接透射通过金属层的光(52，53)的颜色外观发生变化，具体如通过金属层与入射光的等离振子共振来改变。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.06 DE 102012110630.41.具有上侧(201)和下侧(202)的多层体(1，2，3)，特别例如用于
防伪文件的防伪元件，其中所述多层体具有金属层(21)，在金属层(21)的
第一表面和/或第二表面的至少多个区域形成光学活性表面凹凸，金属层(21)
的所述第一表面朝向或形成所述多层体的上侧(201)，所述金属层(21)的
所述第二表面朝向或形成所述多层体的下侧(202)，在所述多层体的至少一个
第一区域(31至39)中，由第一凹凸结构(61)形成所述表面凹凸，其在由
分配的方位角确定的至少一个方向(617)上具有一系列的凸起(612)和凹陷
(614)，其中的所述凸起(612)以间隔周期P互相连续，P小于可见光的
波长，其中所述凹陷(614)的最低点(615)在底表面上并且所述第一凹
凸结构(61)具有凹凸深度t，所述凹凸深度t由所述第一凹凸结构(61)
的凸起(612)的最高点(613)到所述底表面(616)在垂直于所述底表面
(616)方向上的间隔确定，选择所述第一凹凸结构(61)的凹凸深度t和/
或轮廓形状使得至少以第一入射角入射在第一区域(31至39)上并且被第一
区域中的金属层(21)直接反射或者直接透射通过金属层的光(52，53)的颜
色外观发生变化，具体如通过金属层与入射光的等离振子共振来改变。
2.如权利要求1所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，选择所述第
一凹凸结构(61)的轮廓形状和/或凹凸深度t使得所述金属层(21)在以
第一入射角入射的光(51)直接反射时，在第一区域(31至39)，在至少
50nm宽度的人眼可见的第一光谱范围内，有低于15％，尤其是低于10％
的反射率，并且在10nm到至多200nm，尤其是20nm至150nm宽度的
人眼可见的第二光谱范围内，具有相对于所述第一光谱范围内的反射率平
均值至少2倍高、优选至少2.5倍、更优选至少3倍并且尤其是至少4倍高
的反射率。
3.如权利要求1-2中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
选择所述第一凹凸结构(61)的轮廓形状和/或凹凸深度t使得在不同于所

\t述第一入射角的第二入射角下，在所述第一部分区域中由金属层直接反射
或直接透射通过所述金属层的光的颜色外观有不同的变化，尤其是，在反
射光观察和透射光观察的情况中这些入射角下出现不同的颜色。
4.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
所述第一凹凸结构(61)具有相对于底表面(616)处的镜面反射不对称的
轮廓形状。
5.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
所述第一凹凸结构(61)的凸起(612)或凹陷(614)在距底表面(616)
t/2处的宽度为至少0.6xP，优选0.7xP，或至多0.4xP，尤其是至多0.3x
P。
6.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
所述第一凹凸结构(61)在距底表面(616)t/2处的边缘陡度为60°至90°，
具体如70°至85°。
7.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
所述第一凹凸结构(61)在距底表面(616)t/4至3/4t的各距离处的边缘陡
度为40°至90°，具体如50°至85°。
8.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
所述第一凹凸结构(61)在距底表面(616)0至t/4和/或tx3/4之间的各距
离处的边缘陡度为0°至50°，具体如0°至40°。
9.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
与凸起最高点(613)和/或凹陷(614)最低点(615)区域的金属层的厚度
相比，距底表面(616)t/2距离处所述第一凹凸结构(61)的边缘区域的
金属层(21)的层厚度d减少至少30％，更优选减少至少50％。
10.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
所述第一凹凸结构(61)的周期P为200nm至500nm，具体如250nm至
450nm并且优选250nm至400nm。
11.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
所述第一凹凸结构(61)的凹凸深度t为80nm至500nm，具体如100nm
至400nm，优选200nm至300nm。
12.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
在所述第一区域中，金属层(21)的层厚度为10nm至100nm，优选15nm
至80nm，更优选20nm至50nm。
13.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
在所述第一区域中，金属层(21)的层厚度d对应于0.5至2.5、具体如0.7
至2.3、优选1.0至2.0的光学深度。
14.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
所述第一凹凸结构(61)是在两个方向上具有一系列凸起和凹陷的交叉光
栅。
15.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
由第二和/或其他凹凸结构形成一个或多个第二区域(41，42)和/或其他区
域中的表面凹凸，所述第二和/或其他凹凸结构选自下组：衍射凹凸结构、
全息凹凸结构、镜面、亚光结构、宏观结构、透镜、微透镜网格。
16.如权利要求15所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，所述至少
一个第一区域和所述至少一个第二区域由多个部分区域形成，其中所述第
一区域的部分区域和所述第二区域的部分区域是交叉的。
17.如权利要求15-16中的任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征
在于，所述至少一个第二区域由多个互相分离的部分区域(431)形成，并
且所述第一区域(39)包围背景区域的这些部分区域。
18.如前述权利要求中任一项所述的多层体，其特征在于，所述第一区
域或至少所述第一区域之一具有带图案的形状，尤其是，具有含信息条目
的形状，所述信息条目仅在使用辅助装置下可见，例如，以纳米文字或莫
尔波纹的形式形成。
19.如前述权利要求中任一项所述的多层体(1，2，3)，其特征在于，
所述第一区域(35，36)或至少所述第一区域之一包含一个或多个第一域
(351，361)，其中所述第一凹凸结构(61)的一个或多个参数与在所述
第一区域的一个或多个第二域(352，362)和/或一个或多个其他域(353，
354)中的第一凹凸结构(61)的相应参数不同，所述参数选自：周期P、
方位角、凹凸深度t、底表面积和轮廓形状。
20.如权利要求19所述的多层体，其特征在于，所述一个或多个第一
和第二域形成基本图案，其中第一域形成所述基本图案的前景区域而第二
域形成所述基本图案的背景区域；或者，其特征在于，一个或多个第一域
形成第一基本图案，一个或多个第二域形成第二基本图案。
21.如权利要求19所述的多层体，其特征在于，各种情况中，第一、
第二和/或其他域的至少一个横向尺寸低于300μm，如低于150μm，优选低
于80μm，并且第一、第二和/或第三域是交叉的。
22.如权利要求19所述的多层体，其特征在于，第一域排列成第一基
本图案，第二域排列成第二基本图...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·沃尔特，W·R·汤姆普金，
申请(专利权)人：OVD基尼格拉姆股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH