基于單一硅材料的光變防偽薄膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)防偽，特別是涉及一種基于單一硅材料的光變防偽薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]光變薄膜防偽技術(shù)是采用了具有干涉結(jié)構(gòu)的光變薄膜，光變薄膜具有隨角異色效應(yīng)，在入射角度改變的條件下，反射或透射光譜會(huì)發(fā)生偏移，從而使觀察顏色隨著人眼視角的改變而發(fā)生變化。這種隨角異色效應(yīng)不會(huì)被掃描或復(fù)印設(shè)備所復(fù)制或拷貝，基于該原理而獲得的光變顏料(OVP)和光變油墨(OVI)已廣泛應(yīng)用于貨幣、支票、信用卡及證件等重要安全產(chǎn)品的防偽上。
[0003]傳統(tǒng)的光變防偽薄膜在設(shè)計(jì)原則上，至少需要使用高、低兩種折射率材料，例如全介質(zhì)材料光變薄膜，通常由氧化鈦或氧化鉭與二氧化硅材料構(gòu)成；有時(shí)還必須使用到三種、四種甚至更多種材料才能達(dá)到設(shè)計(jì)上的要求，例如由金屬和介質(zhì)材料組成的光變薄膜，通常需要至少三種材料，分別以金屬鉻做吸收層，二氧化硅材料為介質(zhì)層，金屬銀或鋁為高反射層。這導(dǎo)致光變防偽薄膜在制備的過程中需要選用的材料偏多，膜系的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。而且傳統(tǒng)的光學(xué)防偽薄膜在材料的選擇上經(jīng)常使用鉻、鎳等重金屬材料，使光學(xué)防偽薄膜在設(shè)計(jì)和制備等方面上缺乏環(huán)保性。
[0004]相關(guān)專利US3858977、US4705356、US4779898、CNl 15201IA 等對(duì)光變防偽薄膜及由此而產(chǎn)生的光變顏料或光變油墨的原理和制造方法進(jìn)行了描述，這些專利中所述的光變薄膜都是采用了至少兩種的鍍膜材料。例如在專利US4779898中，提出采用鋁層、氟化鎂層及鉻層制造光變薄膜，這樣使得膜系結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)繁瑣，而且材料中使用鉻與氟化鎂等材料，對(duì)環(huán)境造成較大污染。
[0005]在專利US6425987中，提出了使用單質(zhì)硅作為鍍膜材料來沉積光學(xué)薄膜，通過控制工作氣體氧氣或氮?dú)馊タ刂票∧さ恼凵渎?，這種技術(shù)能制作不同折射率的光學(xué)薄膜；在參考文獻(xiàn)[3]中，提出利用單一鍍膜材料硅與氮離子束合成氮化硅材料，這種合成氮化硅折射率范圍廣，已經(jīng)成功制作出近紅外增透膜以及帶通濾光片；以上所述都表明基于單一硅材料能沉積出光學(xué)薄膜，但并沒有提出這種光學(xué)薄膜具有光變效果。
[0006]鑒于使用多種材料制備光變薄膜的不足，以及僅使用一種鍍膜材料，在膜系的制備過程中，能夠通過控制工作氣體的方法來產(chǎn)生不同折射率的光學(xué)薄膜。除此以外，基于單一鍍膜材料鍍制光變薄膜可以使成膜機(jī)制清楚，重復(fù)性高，鍍膜過程比較容易控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供能夠克服傳統(tǒng)光變防偽薄膜采用多種鍍膜材料帶來的缺陷與不足的一種基于單一硅材料的光變防偽薄膜。
[0008]所述基于單一硅材料的光變防偽薄膜為全介質(zhì)高反射膜，膜系結(jié)構(gòu)表示為A/ (HL)s H/G，其中，A為入射介質(zhì)空氣，G為襯底玻璃，H為高折射率材料氮化硅，L為低折射率材料二氧化硅，S為周期數(shù)，可為1，2，3，5，7，其基本結(jié)構(gòu)是由高、低折射率交替的λ/4膜堆組成。為獲得同等層數(shù)的情況下的最高折射率，通常靠近襯底和最外層的膜層都采用高折射率材料；膜系的中心波長可為530nm。增大S能提高薄膜反射光顏色的飽和度，當(dāng)S為5和7時(shí)，薄膜反射光顏色變化幾乎一樣。
[0009]所述基于單一硅材料的光變防偽薄膜為硅與介質(zhì)間隔層組成的反射膜，膜系結(jié)構(gòu)分別為A/(4M2.6L)X100M，/G和A/ (4M1.85H)y 100M，/G，其中，A為入射介質(zhì)空氣，G為襯底玻璃，H為高折射率材料氮化硅，L為低折射率材料二氧化硅，M為超薄硅層，作為吸收層，M’為較厚硅層，作為高反射層，1為周期數(shù)，1，2，3，4，5，6^為周期數(shù)，周期數(shù)為1，2 ;介質(zhì)隔層兩端的反射鏡嚴(yán)重不對(duì)稱，一端全反射，另一端半透半反，所述反射膜可由硅和二氧化硅設(shè)計(jì)或者硅和氮化硅設(shè)計(jì)；膜系的中心波長可為510nm。增大x能提高薄膜反射光顏色的飽和度，當(dāng)X = 4、5、6時(shí)，薄膜反射光顏色變化幾乎一樣。
[0010]所述基于單一硅材料的光變防偽薄膜為硅與對(duì)稱F-P介質(zhì)組合膜系組成的反射膜，其膜系結(jié)構(gòu)A/4M0.88L (HL)p (LH)p 0.29L100M’ /G，其中，A為入射介質(zhì)空氣，G為襯底玻璃，H為高折射率材料氮化硅，L為低折射率材料二氧化硅，M為超薄硅層，作為吸收層，W為較厚硅層，作為高反射層，P為周期數(shù)，設(shè)計(jì)P分別為1、2、3等三個(gè)膜系，提高周期數(shù)P能夠提高膜系色純度。所述反射膜主要由超薄膜層和對(duì)稱F-P介質(zhì)組合膜系組成；膜系的中心波長可為510nm。
[0011]本發(fā)明只采用硅作為鍍膜材料，這不僅充分展現(xiàn)了單一鍍膜材料制備光變薄膜的優(yōu)點(diǎn)，而且用硅替代了傳統(tǒng)薄膜設(shè)計(jì)經(jīng)常采用的鉻、鎳等重金屬材料，使得制備更加環(huán)保，成本更低，而且原材料來源廣，具有廣泛的應(yīng)用市場。
[0012]本發(fā)明最大的特點(diǎn)在于:打破傳統(tǒng)光變防偽薄膜需要兩種或多種鍍膜材料的設(shè)計(jì)原則，首次采用硅作為單一鍍膜材料，通過控制工作氣體生成二氧化硅或氮化硅，以此作為基礎(chǔ)材料進(jìn)行膜系設(shè)計(jì)，并成功制備出具有很好光變效果的光變防偽薄膜；硅作為鍍膜材料，取代了傳統(tǒng)薄膜設(shè)計(jì)經(jīng)常采用的鉻、鎳等重金屬材料，使得薄膜制備更加環(huán)保；硅材料來源廣泛，使得光變防偽薄膜的制造成本低，具有良好發(fā)展前景。
【附圖說明】
[0013]圖1為實(shí)施例1中S = I時(shí)膜層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為實(shí)施例2中X = I或y = I時(shí)膜層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為實(shí)施例3中P = I時(shí)膜層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為實(shí)施例1中S = 5時(shí)膜系0°與60°的反射光譜圖。
[0017]圖5為實(shí)施例1中S = 5時(shí)膜系0°到60°的色度坐標(biāo)圖。
[0018]圖6為實(shí)施例2中X = I時(shí)膜系0°與60°的反射光譜圖。
[0019]圖7為實(shí)施例2中X = I時(shí)膜系0°到60°的色度坐標(biāo)圖。
[0020]圖8為實(shí)施例3中P= I時(shí)膜系0°與60°的反射光譜圖。