防伪结构和防伪产品及其制造方法与流程

本发明实施例涉及防伪技术领域，尤其涉及防伪结构和防伪产品及其制造方法。

背景技术：

防伪技术在我们日常生活中有着不可忽视的作用，尤其是在货币、证件、医药、食品、化妆品等出现造假、侵权较多的领域。

高制作门槛、高稳定性、易识别性是防伪技术的必要特征。高制作门槛是指防伪技术具备有技术门槛、规模门槛、设备门槛、工艺门槛等壁垒，仿制的投资风险让假冒伪劣仿造者无法承受；高稳定性是指在正常使用条件下，防伪技术产品的防伪识别特征可持续保持较长时间。易识别性保证了防伪识别特征能通过感官轻松方便识别，且也可通过专用仪器由专家识别，作为司法判定的依据。

目前防伪技术的稳定性较差，例如在防伪中荧光油墨和温变油墨是有衰减期的，会影像防伪识别特征保持的时间。现有防伪技术应用方案也比较单一。比如身份证上应用到的缩印技术，将固定大小的字符设置在固定的位置；比如身份证上的彩虹印刷技术，在每个身份证上都印刷一个固定的长城图案，防伪图案比较单一。

技术实现要素：

本发明提供防伪结构和防伪产品及其制造方法，以提供个性化的防伪产品，并提高防伪产品的防伪性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种防伪结构，包括：

基片，以及位于所述基片上呈阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括红色亚像素单元、绿色亚像素单元和蓝色亚像素单元；

所述红色亚像素单元、所述绿色亚像素单元以及所述蓝色亚像素单元包括微纳结构。

第二方面，本发明实施例还提供了一种防伪产品，包括上述的防伪结构，以及呈预设图案覆盖于所述像素单元上的覆盖介质；

其中，所述覆盖介质通过喷墨打印覆盖于所述像素单元上。

第三方面，本发明实施例还提供了一种防伪结构的制造方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成呈阵列排布的多个像素单元；

其中，所述像素单元包括红色亚像素单元、绿色亚像素单元和蓝色亚像素单元，所述红色亚像素单元、所述绿色亚像素单元以及所述蓝色亚像素单元包括微纳结构。

第四方面，本发明实施例还提供了一种防伪产品的制造方法，包括：

根据上述防伪结构的制造方法形成防伪结构；

通过喷墨打印在防伪结构中的像素单元上形成预设图案。

本实施例提供的防伪结构和防伪产品及其制造方法，防伪结构的形成结合了微纳结构，微纳结构的结构尺寸小于光波长(200-400纳米)，加工过程比较复杂，制作技术门槛高；包括微纳结构的防伪结构比较稳定，与由颜料和墨水形成的防伪结构不同，颜色不会褪色不易随着时间而消退，其防伪识别特征可持续保持较长时间，使防伪结构具备较高的稳定性；在微纳结构上覆盖相应的介质形成个性化的图案，可以提供多样化的防伪图案，相对于传统防伪方式的固定图案(比如身份证上的长城)，形成的防伪图案可以灵活变化，增加了伪造难度，并且显示的颜色丰富，接近真色彩。本实施例中的防伪产品具有易识别性，用水等液体可方便的进行视觉鉴别，并且是无损检测。同时也可了、通过高分辨光学或电子显微镜由专家识别，作为司法判定的依据。

附图说明

图1a-图1c是本发明实施例一提供的三种微纳结构的俯视图；

图1d和1e分别是图1a中微纳结构的截面图和透视光谱图；

图1f和1g分别是图1b中微纳结构的截面图和透视光谱图；

图1h和1i分别是图1c中微纳结构的截面图和透视光谱图；

图1j是本发明实施例一提供的一种防伪结构的示意图；

图2a是在图1d中的微纳结构上覆盖介质的示意图；

图2b是图2a中微纳结构的透视光谱图；

图2c是本发明实施例二提供的第一种具有防伪结构的文档的示意图；

图2d是图2c中的像素单元的剖面结构图；

图2e是本发明实施例二提供的第二种具有防伪结构的文档的示意图；

图2f是图2e中的像素单元的剖面结构图；

图2g是本发明实施例二提供的第三种具有防伪结构的文档的示意图；

图2h是图2g中的像素单元的剖面结构图；

图2i是本发明实施例二提供的第四种具有防伪结构的文档的示意图；

图2j是图2i中的像素单元的剖面结构图。

图3a是本发明实施例三提供的防伪结构的制造方法的流程示意图；

图3b是本发明实施例三提供的使用防伪结构制造方法制造防伪结构的示意图；

图3c是本发明实施例三提供的纳米压印模板制造方法制造纳米压印模板的示意图；

图4是本发明实施例四提供的一种防伪产品的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

本发明实施例一提供一种防伪结构，该防伪结构包括：

基片，以及位于所述基片上呈阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括红色亚像素单元、绿色亚像素单元和蓝色亚像素单元；

所述红色亚像素单元、所述绿色亚像素单元以及所述蓝色亚像素单元包括微纳结构。

其中，基片可以为塑料基片或者玻璃基片，微纳结构的尺寸是在亚波长级别，约几百纳米(10-7m)。位于基片上的微纳结构可以产生颜色，简称结构色彩，结构色彩可分为透射式和反射式两种。

透射式结构色彩是指从微纳结构背后(基片上背离微纳结构的一侧)入射白光，透过微纳结构显示出特定颜色。对于透射式的结构色彩，基片为透明基片，微纳结构为阵列孔洞结构或者阵列光栅结构，微纳结构的材料为金属，例如可以为金、银、铝、铜等。微纳结构显示出的特定的颜色可以通过微纳结构金属局域表面等离子体共振的原理产生。当有光入射在材料为金属的微纳结构上时，金属表面的自由电子与光子相互作用产生沿着金属表面传播的电子疏密波，电子疏密波会受到金属表面微纳结构的限制产生特定的频率。特定频率的电子疏密波与入射的特定波长的光产生共振而增强。若共振的波长在可见光区域，微纳结构就可以显示出相应的颜色。

反射式结构色彩是指从微纳结构表面(基片上设置有微纳结构的一侧)入射白光，在微纳结构表面反射，显示出特定颜色。对于反射式的结构色彩，基片为反射基片，具体地，基片可以为不透明基片。微纳结构为阵列柱状体结构或者阵列光栅结构，微纳结构的材料为氮化物、氧化物或者聚合物等介质材料。特定的颜色可以通过导模共振的原理产生。当有光入射在微纳结构时，入射光波与光栅结构所支持的表面模式耦合即产生导模共振，因此入射光的特定波长会被增强从而显示出特定颜色。

本实施例提供的防伪结构中的微纳结构有一个很重要的特点，无论是反射式结构色彩还是透射式结构色彩，通过调整微纳结构的周期和尺寸能显出不同的颜色。另外，微纳结构呈现的色彩的亮度与微纳结构的数量和孔径的大小成正比。通过调节微纳结构的数量和大小可以实现色彩呈现不同的亮度；通过调节微纳结构的周期可以实现色彩呈现不同的色相；通过调节微纳结构的厚度或面积大小可以实现色彩不同的纯度。

示例性的，图1a、图1b和图1c是本发明实施例一提供的三种微纳结构的俯视图。参见图1a、图1b和图1c，三种微纳结构为金属的阵列圆形孔洞结构，其中101为基片，102为圆形孔洞，基片上的阵列圆形孔洞形成微纳结构，可以看到1a、图1b和图1c中的三种微纳结构的周期和尺寸不同。图1d和1e分别为图1a中微纳结构的截面图和透视光谱图，图1f和1g分别为图1b中微纳结构的截面图和透视光谱图，图1h和1i分别为图1c中微纳结构的截面图和透视光谱图。从图中可以得知，三种具有不同周期和尺寸的阵列孔洞的微纳结构，可以产生红(R)绿(G)蓝(B)三种不同的色彩。微纳结构通过特定的结构周期和尺寸产生红(R)绿(G)蓝(B)三基色。

上述示例中说明微纳结构可以产生红绿蓝三基色，通过设定微纳结构的结构周期和尺寸，也可以产生其他颜色。微纳结构产生不同颜色的原因是结构周期和尺寸不同的微纳结构对于入射白光的共振波长不同，另外，图1a-图1i中的示出的微纳结构只是微纳结构的一种示意图，显示出同一种颜色的微纳结构可以有其他形式的结构形式。例如微纳结构采用阵列多边形孔洞结构，具体可以采用正方形、三角形和菱形等孔洞结构，并且阵列多边形空洞结构具有相应的周期和尺寸。

众所周知，任意的图像是由众多像素点构成。每一个像素点又包括红绿蓝三个亚像素。本发明创造性地在基片上设置呈阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括红色亚像素单元、绿色亚像素单元和蓝色亚像素单元；所述红色亚像素单元、所述绿色亚像素单元以及所述蓝色亚像素单元包括微纳结构。即包括微纳结构的红色亚像素单元可以产生红色，包括微纳结构的绿色亚像素单元可以产生绿色，包括微纳结构的蓝色亚像素单元可以产生蓝色。而包括红色红色亚像素单元、绿色亚像素单元和蓝色亚像素单元的像素单元呈现白色，整个基片可呈现白色。

图1j是本发明实施例一提供的一种防伪结构的示意图。参见图1j，该防伪结构包括：基板20，位于基片20上呈阵列排布多个像素单元21，像素单元即为组成图像的像素点。图1j中示例性地示出了基片上多个像素单元中的一个像素单元21，本领域技术人员可以理解，基片上包括了多个呈阵列排布的像素单元21。像素单元21包括红色亚像素单元201、绿色亚像素单元202和蓝色亚像素单元203，红色亚像素单元201、绿色亚像素单元202和蓝色亚像素单元203包括微纳结构。像素单元21因由红色亚像素单元201、绿色亚像素单元202和蓝色亚像素单元203组成，整个像素单元21呈现白色。基片20上(如塑料或玻璃等)布满这样的像素单元，因此整个基片呈现为白色。每个亚像素单元的尺寸可位于50-500微米之间，

在本实施中，若微纳结构采用ZnO材料时，微纳结构还可在紫外光下发荧光，可进一步提高防伪结构的防伪能力。

本实施例提供的技术方案，防伪结构的形成结合了微纳结构，微纳结构的结构尺寸小于光波长(200-400纳米)，加工过程比较复杂，制作技术门槛高；包括微纳结构的防伪结构比较稳定，与由颜料和墨水形成的防伪结构不同，颜色不会褪色不易随着时间而消退，其防伪识别特征可持续保持较长时间，使防伪结构具备较高的稳定性。

实施例二

本发明实施例还提供一种防伪产品，包括上述实施中的防伪结构，以及呈预设图案覆盖于防伪结构中像素单元上的覆盖介质。其中，所述覆盖介质通过喷墨打印覆盖于所述像素单元上。

在本实施例中，所述覆盖介质的介电常数大于所述基片的介电常数。具体地，覆盖介质的介电常数可大于基片的介电常数一预设值，该预设值与覆盖介质的的材料和基片的材料相关。例如采用的覆盖介质的介电常数为1.8，采用的基片的介电常数为1.45。

本实施例提供的微纳结构还有一个很重要的特点。当此微纳结构所处的环境介电常数改变时，共振增强的波段会改变，微纳结构会显示不同的颜色。因此，可以在微结构上覆盖相应的覆盖介质，以改变微纳结构所处的环境的介电常数，使微纳结构显示不同的颜色，或者使微纳结构产生的光谱在不可见光区域，使颜色消失。当呈预设图案的覆盖介质覆盖于微纳结构上之后，被覆盖介质覆盖部分的微纳结构所处的环境介电常数改变，可以使微纳结构显示出相应图案，并且显示出的图案还可以具备一定的色彩。本实施例中的覆盖介质是指覆盖在防伪结构上后，可改变防伪结构中微纳结构的环境介电常数的物质，例如覆盖介质可以采用可聚合的液体。

本实施例中的图案可包括图形和文字。预设图案是说明在微纳结构上可以形成任意的图案，并不是对微纳结构上形成的图案的限制。

具体地，可以在防伪结构的像素单元上覆盖相应的覆盖介质，例如采用精度在500微米或更大的喷墨打印技术将覆盖介质覆盖于组成像素单元的亚像素单元上，使被覆盖介质覆盖的亚像素单元不可见，从而使像素单元呈现被覆盖的亚像素单元的补色。通过在像素单元上覆盖相应的覆盖介质可以实现对每个像素单元的颜色操控，可以实现任意真色彩的文字或图案的形成，从而在白色的衬底上形成用户自定义的文字和/或图案。在防伪结构上覆盖可聚合的液体可调控防伪结构的颜色变化或者显隐，还可以调控颜色的强度，从而使防伪结构显示出真色彩防伪图案。提高了防伪结构的防伪性能，扩展了防伪结构的用途。

示例性的，以具有阵列圆形孔洞结构的等离子体共振的微纳结构为例，图2a是在图1d中的微纳结构上覆盖介质(喷涂上可以聚合的液体)之后的微纳结构的截面图，103为覆盖介质。图2b是图2a中微纳结构的透射光谱图，从图2b中可以看出，当在微纳结构表面涂上一层可聚合的液体之后，由于微纳结构表面介电常数改变，入射光产生共振的波段红移，并超出可见光波段，因此颜色消失。所以我们可以通过在微纳结构表面覆盖相应的覆盖介质，例如喷涂可聚合的液体来控制三基色的有无以及强度。

通过设置微纳结构的周期和尺寸，可以使基片上包括微纳结构成阵列排布的像素单元可以显示一定的颜色，当在微纳结构上喷涂水或其它液体时，微纳结构所处的环境介电常数改变，共振增强的波段改变，颜色产生变化，甚至消失；当喷涂的液体清除之后，颜色又恢复原样。因此，可以用水等液体方便的对本实施例中的防伪结构进行视觉鉴别。

上述实施例提供的防伪结构可以应用于以下产品的防伪中：

(1)证书公函等纸质重要文档的防伪

生活中有很多重要的纸质文档比如证书公函等，由于打印的文档伪造起来比较简单，因此这些文档更需要防伪技术的保护。我们可以利用本发明实施例提供的防伪技术，将包括微纳结构的像素单元做在塑料薄膜衬底上，作为纸来使用。通过喷墨打印的方式将可聚合的液体有选择性地覆盖部分像素单元，使部分微纳结构没有可见光能透射出来，显示出文字或图像。

参见图2c，图2c本发明实施例提供的具有防伪结构的文档的示意图，放大文档22中的一个黑色大写字母H，可以看到字母H是由包括微纳结构的像素单元构成，放大其中相邻的两个像素单元23，像素单元23包括红色像素单元(R)201、绿色像素单元(G)202、蓝色像素单元(B)203，黑色的字符区域可通过喷墨打印技术在像素单元上喷涂上可以聚合的胶水形成。图2d是图2c中两个像素单元的剖面结构图，参见图2d，呈现黑色的像素单元上有胶水204覆盖。

除了黑色的文字和图像，本防伪技术同样可以显示彩色的文字和图像。参见图2e和图2f，字母H显示区的绿色像素单元G和蓝色像素单元B有胶水204覆盖，可以显示出红色的H。参见图2g和图2h，字母H显示区的红色像素单元R和蓝色像素单元B有胶水204覆盖，可以显示出绿色的H。参见图2i和图2j，字母H显示区的红色像素单元R和绿色像素单元G有胶水204覆盖，可以显示出蓝色的H。

(2)身份证件的防伪

办理身份证实际上是将带有个人信息的打印膜贴附在卡体上。目前的身份证上的防伪技术均应用在在卡体上。卡体上有着事先统一生产的利用各种防伪技术的图案，如长城形状的彩虹膜、特殊的缩微字符等。而通过本防伪技术，可以将防伪技术应用在带有个人信息的打印膜上，方便地将带有防伪特征的图案个性化、定制化。

可以在身份证的塑料衬底的特定区域上制作呈阵列排布的像素单元，像素单元包括微纳结构，包括红绿蓝三基色的亚像素单元，密集排列而成。当有人需要办理身份证时，个人信息比如头像或者身份证号，可以由当地的公安部门直接用打印的方式，例如喷墨打印将给人信息打印上述结构上去。这样既实现了高门槛的防伪，也使防伪技术应用得方便简单。另外，由于每个人的个人信息都不同，所以防伪的图案也不相同，这种变化性也增加了伪造的难度。

另外，还可以将防伪结构应用于比如纸质或塑料材质的货币、信用卡和银行卡等，或者应用于商标和商品包装上，还可应用于有价票据、发票、证书、公证、公函等文档上。

在包括微纳结构的防伪结构上覆盖相应的介质，例如覆盖可聚合的液体形成个性化的图案，可以提供多样化的防伪图案，相对于传统防伪方式的固定图案(比如身份证上的长城)，形成的防伪图案可以灵活变化，增加了伪造难度，并且显示的颜色丰富，接近真色彩。本防伪技术具有易识别性，用水等液体可方便的进行视觉鉴别，并且是无损检测。同时也可通过高分辨光学或电子显微镜由专家识别，作为司法判定的依据。

实施例三

图3a是本发明实施例三提供的一种防伪结构的制造方法的流程示意图。参见图3a，该方法包括：

S310、提供衬底；

衬底的材料可以为塑料或者玻璃等。

S320、在所述衬底上形成呈阵列排布的多个像素单元，其中，所述像素单元包括红色亚像素单元、绿色亚像素单元和蓝色亚像素单元，所述红色亚像素单元、所述绿色亚像素单元以及所述蓝色亚像素单元包括微纳结构。

具体可以通过以下工艺，在所述衬底上形成呈阵列排布的多个像素单元，该工艺方法包括：

在所述衬底上形成金属层或者介电材料层；

在所述金属层或者介电材料层上形成压印胶；

对所述压印胶进行纳米压印形成凹槽；

透过所述凹槽对所述金属层或者介电材料层进行刻蚀形成呈阵列排布的多个像素单元；

剥离所述压印胶。

示例性的，参见图3b，提供衬底301，通过溅射、蒸镀、或CVD成膜等工艺在衬底301上形成金属层302。其中，302也可以是介电材料层。在金属层302上通过旋涂工艺形成压印胶层303，采用纳米压印模板压印压印胶层303形成多个凹槽304，透过凹槽304对金属层302进行刻蚀形成呈阵列排布的多个像素单元305，剥离压印胶。

进一步的，在对所述压印胶进行纳米压印形成凹槽之前，还包括：

通过电子束光刻、干涉光刻或者双光子吸收激光直写等工艺形成纳米压印模板；

则对所述压印胶进行纳米压印形成凹槽，包括：

使用所述纳米压印模板对所述压印胶进行纳米压印形成凹槽。

示例性的，参见图3c。形成纳米压印模板的具体方法包括：

提供基板306，在基板306上沉积形成光刻胶307；

通过电子束光刻、干涉光刻或者双光子吸收激光直写工艺在光刻胶上形成图案，通过形成的图案对基板306进行刻蚀；

剥离光刻胶形成纳米压印模板308。

加工出纳米压印模板之后，再通过纳米压印的方式多次快速低成本复刻形成微纳结构。例如，将将衬底上的压印胶加热到一定温度，利用机械力将纳米压印模版压入高温软化的压印胶层内，并且维持高温、高压一段时间，使压印胶胶填充到模版的纳米结构内，待光刻胶冷却固化成形之后，释放压力并且将模版脱离压印胶，即可在压印胶上形成凹槽。透过凹槽对金属层或者光学介质层进行刻蚀形成呈阵列排布的多个像素单元，即可以复制出与纳米压印模版等比例的纳米图案。

实施例四

图4是本发明实施例提供的一种防伪产品的制造方法的流程示意图。该方法包括使用上述实施例的方法制造出防伪结构，然后通过喷墨打印在防伪结构的像素单元形成预设图案。参见图4，本实施例提供的防伪产品的制造方法具体包括：

S410、提供衬底。

S420、在所述衬底上形成呈阵列排布的多个像素单元，其中，所述像素单元包括红色亚像素单元、绿色亚像素单元和蓝色亚像素单元，所述红色亚像素单元、所述绿色亚像素单元以及所述蓝色亚像素单元包括微纳结构。

S430、通过喷墨打印在所述像素单元上形成预设图案。

具体地，可通过喷墨打印将可聚合的液体打印到像素单元上形成预设图案。

其中，所述喷墨打印的精度大于等于500um。

本实施例提供的防伪产品的制造方法，结合了复杂的微纳加工技术和普及的喷墨打印技术。可以集中生产供应具有大面积的微纳结构的衬底，由有防伪需求的用户购买后，在衬底上自己打印出需要的个性化的防伪图案。复杂的微纳加工工艺使得本防伪技术具备高制作门槛，结构光学的显色原理使本防伪技术的防伪特征具备高稳定性、易识别性，与喷墨打印技术的结合使得本防伪技术具有高度使用灵活性。

本防伪技术的方案结合了复杂的微纳加工技术和普及的喷墨打印技术。在保证了强防伪性、高稳定性、易识别性外还具有高度的使用适应性，可以方便的根据使用对象的需求来生成个性化防伪图案。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。