光学变色油墨原理及应用

1999年10月1日新版人民币发行时，光学变色现象是鲜为人知的。如今，人们已日渐了解。如果现在拿一百元“红票子”去买东西，通常会见到售货员随手转一转，那是在看光变效果来鉴别真伪。我国在新版人民币100元和50元券上首次采用了光学变色油墨作防伪，这正体现了当今世界的高级防伪趋势。这种油墨似乎有一种与生俱来的高贵品质，而受到各国政府的青睐。事实上，它的价格也确实不菲。

一、 变色原理

光学变色油墨的光学变色效果是由油墨中的光变颜料产生的。光变颜料的主要成分是具有特定光谱特性的光学变色薄膜碎片。光学变色薄膜是根据多层薄膜的光干涉原理设计出来；它由多种不同折射率的物质，利用高真空镀膜技术，根据特定的膜系结构设计要求，精确控制各膜层的厚度、配比和顺序，依次淀积在同一载体上而形成。它的反射光谱随入射角的改变而会发生变化；即随着观察角的变化，光变颜料会呈现出不同的颜色来。图1为一多层光学薄膜结构示意图，用以讨论反射光及相关的物理量。由薄膜光学理论得出入射光在各层薄膜界面上的反射光之振幅矢量分别为：r1、r2e-2iδ1、…、rk+1e-2i（δ1＋δ2＋…＋δk），其中r1、r2、…、rk+1分别是界面两边的折射率N0与N1、N1与N2、…、Nk+1与Nk的函数，称为反射系数。δ为各反射光之间的位相差：

 δ1= 2π/λ·Ｎ１ｄ１cosθ１　、…、δk= 2π/λ·Ｎkｄkcosθk 

式中：λ为入射光波长，ｄ１、ｄk分别为第一层薄膜及第k层薄膜的厚度（膜厚为纳米级），θ１、θk分别为光在第一层和第k层薄膜的入射角（θ１、θ2、…、θk由θ0和N0、N1、…、Nk决定）。

多层光学薄膜的反射率R是各反射系数r（也即N1、…、Nk）和位相差δ（也即λ、θ0和ｄ１、…、ｄk）的函数。据此我们分析如下：

Ⅰ.对于一个确定（按需要设计成型）的膜系结构来看，其膜层的材料N和厚度d及入射介质N0均为已知的定数，其表面反射率R就只是入射光波长λ和入射角θ0的函数。　　图2入射角与反射光颜色

给定一个θ0，便可得到该膜系在这一θ0条件下按波长分　　　　　变化关系示意图

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。而这反射光谱将随入射角θ0的改变而变化。这就是人造膜系产生的“干涉色”可随光线入射角和观察角度的变化而发生变色的缘由（如图2所示）。                        

Ⅱ.我们可根据需要进行膜系设计，合理计算选配膜层材料及膜层厚度，改变N、d值，来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。

光学变色薄膜采用高精密性真空镀膜工艺生产，经粉碎等一系列物理和化学的处理后，添加特殊的连接料和助剂制成油墨。这种油墨印在承印物上，光学变色膜粒会平行排列且上浮墨层表面，保持了光学变色薄膜的变色特性。这正是光学变色油墨用于防伪的关键所在。

二、产品种类

光学变色油墨印品具有金属光泽，色块一般呈现一对颜色。例如：

   ●紫色变绿色           ●墨绿色变紫红色

       ●绿色变红色           ●绿色变深蓝色

   ●红色变金色           ●红色变绿色

       ●金色变银色           ●黄色变绿色

有的色种呈现颜色多达三种。如：绿—紫—黄。

由于光学变色颜料粉的片状和较大粒径的特性，在印刷油墨的应用中存在一定的局限性。目前技术上已成熟的主要品种有：丝网油墨、普通凹版油墨和雕刻凹版油墨。

三、应用状况

光学变色油墨具有制作工艺复杂、设计和生产技术极具专业性、投资巨大的特性，其印品的动态变色效果无法用高清晰度扫描仪、彩色复印机及其他设备进行复制的特点，防伪可靠性极强，因此被世界上多个国家用于要求最严、难度最大的货币、证件和有价证券的防伪。1988年版50加元纸币、1996年版100美元及1998年版20美元的纸币、1999年版100元及50元人民币等，均采用了此项防伪防伪技术。迄今为止，国内被查获的新版人民币假币有六种版本之多，未发现有使用了光学变色油墨的。目前，在防伪方面，除政府用途之外，这种曾经十分“神秘”的油墨已逐步被一些烟、酒、药、化肥等民用品的包装印刷所采用。同时，光学变色颜料以其特有的光学效果也被某些著名大公司应用于高档产品，如汽车、移动电话等的外观装饰上.