防伪结构的制作方法

本实用新型涉及防伪技术领域，特别是涉及一种防伪结构。

背景技术：

光与物体表面周期性纳米结构相互作用，产生的色彩被称之为结构色，构成结构色的微纳米结构通过结构设计、优化，导致可见光范围部分波段吸收、反射或透射等光学现象，从而形成五彩斑斓的颜色特性。由于构成结构色的微纳米结构具有显示度好、色彩鲜明、易于观察、不易仿制等优势，在显示、成像和防伪技术中具有重要的应用价值。

目前的结构色防伪技术主要通过研究微纳米结构的角度特性和光谱特性来进行识别，例如不同观看角度观看不同颜色或者不同观看角度观看到同一颜色，即角度敏感性和角度非敏感性。但这些结构往往通过常规的矩形光栅覆盖多层膜系结构等手段，利用光学共振原理，实现能量局域。而随着科学技术发展，这些防伪技术逐渐存在不安全特性，易于被仿制。防伪技术，需要难以复制和仿制、成本合理、易于检验、安全等级高等要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种防伪结构，能实现在对称入射角度的情况下，衍射光的出射位置相同、亮度不同，具备明暗差别对比效果，起到防伪功效，并且结构简单、易于批量制造，成本较低。

一种防伪结构，包括基底、光栅层和保护层，光栅层设置在基底上，保护层设置在光栅层上，光栅层上设有用于产生非对称性衍射的光栅结构。

进一步地，所述光栅层折射率为1.3-1.8，光栅结构的周期为350nm-1000nm，深度为100nm-800nm，占空比为0.2-0.8。

进一步地，所述光栅结构包括倾斜光栅、闪耀光栅、体光栅和正弦光栅。

进一步地，所述倾斜光栅的倾斜角度为10°～40°。

进一步地，所述闪耀光栅的闪耀角为5°～15°。

进一步地，所述保护层与所述光栅结构相邻的一侧包括填充凸起，填充凸起位于相邻光栅结构之间，填充凸起的高度大于光栅结构的深度。

进一步地，所述保护层的折射率为1.3-1.7，保护层的可见光波段透过率大于80％。

进一步地，所述保护层的材料包括二氧化钛、二氧化硅或氮化硅中的一种或几种。

进一步地，所述光栅层和所述保护层之间设有介质层。

进一步地，所述介质层的厚度为0-100nm，介质层的可见光波段透过率大于80％。

进一步地，所述介质层为二氧化钛。

本实用新型的防伪结构的包括光栅层，光栅层上设有用于产生非对称性衍射的光栅结构，当同一种光源从两个不同的方向并以相同的入射角射向光栅结构时，可实现在对称入射角度的情况下，衍射光的出射位置相同、亮度不同，具备明暗差别对比效果，起到防伪功效，且具有安全等级高、母版仿制门槛高、短时间无法防止、结构简单、可批量化生产，成本低等优势，有益于大规模推广。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的防伪结构的结构示意图。

图2为图1的防伪结构在对称入射时的衍射示意图。

图3为图2的对称入射的衍射效率图。

图4为本实用新型第二实施例的防伪结构的结构示意图。

图5为图4的防伪结构在对称入射时的衍射示意图。

图6为图5的对称入射的衍射效率图。

图7为本实用新型第三实施例的防伪结构的结构示意图。

图8为图7的对称入射的衍射效率图。

图9为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图10为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图11为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图12为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图13为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图14为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图15为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图16为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图17为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图18为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图19为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图20为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图21为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图22为图4防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图23为图4防伪结构的对称入射的衍射效率图。

图24为本实用新型的防伪结构应用在证卡上时光从左侧入射的示意图。

图25为本实用新型的防伪结构应用在证卡上时光从右侧入射的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

第一实施例

图1为本实用新型第一实施例的防伪结构的结构示意图。如图1所示，防伪结构10a包括基底11、光栅层12、介质层13和保护层14，光栅层12设置在基底11上，光栅层12上设有用于产生非对称性衍射的光栅结构121a，介质层13设置在光栅结构121a上，保护层14设置在介质层13上，具体地，介质层13覆盖光栅结构121a，保护层14覆盖介质层13。基底11的材质可以与光栅层12的材质相同，还可以为折射率相近的材质，例如折射率相差±0.2的材质。在本实施例中，光栅结构121a为倾斜光栅，但并不以此为限，例如，光栅结构121a还可以为体光栅和正弦光栅，更具体地，所述倾斜光栅的倾斜角度为10°～40°。

具体地，光栅结构121a与光栅层12的水平面形成夹角，光栅结构121a的周期为350nm-1000nm，深度为100nm-800nm，占空比为0.2-0.8，光栅结构121a内的相邻两个光栅结构脊之间存在间隙；介质层13的折射率为1.4-2.5，厚度为0-100nm，并且介质层13的可见光波段透过率大于80％，介质层13的材料为透明材质，优选地，其材料为二氧化钛，但并不以此为限；保护层14的折射率为1.3-1.7，并且保护层14的可见光波段透过率大于80％，保护层14包括填充凸起141，即保护层14的整体厚度不均匀，填充凸起141位于相邻两个光栅结构121a的光栅脊之间，即填充凸起141消除相邻两个光栅结构121a的光栅脊之间的间隙，具体地，填充凸起141的横截面的形状呈方形，但并不以此为限。在本实施例中，保护层14远离介质层13的一侧为一平面，可方便后续再其上面继续制作光栅层12和介质层13，形成双重结构；介质层13不但可以提高防伪结构10a的光线强度和衍射效率，还可以提高防伪结构10a的明暗对比度，使防伪结构10a的显示效果更明显。

图2为图1的防伪结构在对称入射时的衍射示意图。如图2所示，同一种光源，在左右对称的入射情况下，即左右入射角相同，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光和右入射光线经耦合形成的1级衍射光的出射位置相同。

图2的衍射条件包括：光栅层12的折射率1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为500nm，倾斜角为30°。在本实施中，通过优化光栅结构121a的周期、占空比、深度和倾斜角的具体参数，可实现衍射效率区别化，即人眼在衍射光的出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果，起到防伪功能。而光栅结构121a的周期，则可控制衍射光的出射角度。

图3为图2的对称入射的衍射效率图。如图3所示，横坐标为光源的波长，纵坐标为衍射效率，左入射光线和右入射光线的波长相同，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为9.4％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为1.17％，左入射光的-1级衍射效率是右入射光的1级衍射效率的8倍左右。由于左入射光的-1级衍射效率比右入射光的1级衍射效率高，因此，左衍射光的亮度高于右衍射光的亮度，当人眼位于衍射光的出射位置时，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果，起到防伪功能。

第二实施例

图4为本实用新型第二实施例的防伪结构的结构示意图。如图4所示，本实施例的防伪结构10b的结构与第一实施例的防伪结构10a的结构大致相同，不同在于，本实施例的光栅结构121b为闪耀光栅。

具体地，闪耀光栅的横截面呈三角形，填充凸起141的截面呈三角形，闪耀光栅包括闪耀角，优选地，闪耀角为5°～15°，光栅层12的折射率1.5，周期为735nm；介质层13的厚度为58nm，其折射率为1.5，优选地，介质层13的材料为二氧化钛。

图5为图4的防伪结构在对称入射时的衍射示意图。如图5所示，同一种光源，在左右对称的入射情况下，即左右入射角相同，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光和右入射光线经耦合形成的1级衍射光的出射位置相同。在本实施中，通过优化光栅结构121b的周期和闪耀角的具体参数，可实现衍射效率区别化，再加上光栅结构121b的结构设计为非对称特性，即闪耀光栅，因此左侧入射与右侧入射激发衍射的边界条件不同，造成左入射光的-1级衍射效率与右入射光的1级衍射效率不同，当人眼位于衍射光的出射位置时，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果，起到防伪功能。

图6为图5防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图6的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为58nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121b的周期为735nm，闪耀角为10°。如图6所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为18.5％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为3.0％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的6倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第三实施例

图7为本实用新型第三实施例的防伪结构的结构示意图。如图7所示，本实施例的防伪结构10c的结构与第一实施例的防伪结构10a的结构大致相同，不同在于，本实施例的防伪结构10c没有设置介质层13。

具体地，防伪结构10c包括基底11、光栅层12和保护层14，光栅层12设置在基底11上，保护层14设置在光栅层12上，光栅层12上设有用于产生非对称性衍射的光栅结构121a。

图8为图7的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图8的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为500nm，倾斜角30°。如图8所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为1.93％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为0.39％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的4.9倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第四实施例

图9为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图9的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.3，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为520nm，倾斜角为22°。如图9所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为26.8％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为0.77％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的34倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第五实施例

图10为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图10的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.8，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为520nm，倾斜角为22°。如图10所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为4.3％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为2.3％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的1.8倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第六实施例

图11为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图11的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为350nm，占空比为0.45，深度为520nm，倾斜角为22°。如图11所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为16.6％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为8.23％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的2倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第七实施例

图12为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图12的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为1000nm，占空比为0.45，深度为520nm，倾斜角为22°。如图12所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为0.48％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为0.315％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的1.5倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第八实施例

图13为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图13的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为100nm，倾斜角为22°。如图13所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为13.6％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为11.6％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的1.17倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第九实施例

图14为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图14的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为800nm，倾斜角为22°。如图14所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为10.8％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为1.12％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的9倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第十实施例

图15为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图15的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.2，深度为520nm，倾斜角为22°。如图15所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为15.9％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为7.32％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的2倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第十一实施例

图16为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图16的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.8，深度为520nm，倾斜角为22°。如图16所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为6.79％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为4.99％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的1.36倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第十二实施例

图17为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图17的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为520nm，倾斜角为10°。如图17所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为27.16％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为12.59％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的2倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第十三实施例

图18为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图18的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为520nm，倾斜角为40°。如图18所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为16.01％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为9.17％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的1.74倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第十四实施例

图19为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图19的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为100nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为520nm，倾斜角为22°。如图19所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为2.44％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为0.86％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的2.83倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第十五实施例

图20为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图20的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.3，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为520nm，倾斜角为22°。如图20所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为11.7％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为3.86％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的3倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第十六实施例

图21为图1防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图21的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为50nm，保护层14的折射率为1.8，光栅结构121a的周期为735nm，占空比为0.45，深度为520nm，倾斜角为22°。如图21所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为2.53％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为0.81％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的3倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第十七实施例

图22为图4防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图22的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为58nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121b的周期为735nm，闪耀角为7°。如图22所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为12.5％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为0.29％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的43倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

第十八实施例

图23为图4防伪结构的对称入射的衍射效率图。在本实施中，图23的衍射条件包括：光栅层12的折射率为1.5，介质层13为二氧化钛，其厚度为58nm，保护层14的折射率为1.5，光栅结构121b的周期为735nm，闪耀角为5°。如图23所示，在左右对称的入射情况下，左入射光线经耦合形成的-1级衍射光的衍射效率为5.55％，右入射光线经耦合形成的1级衍射光的衍射效率为0.18％，左入射的-1级衍射效率是右入射的1级衍射效率的30倍左右，即人眼在衍射出射位置时，交替对称入射，可观看到不同强度的衍射光，形成明暗交替显示效果。

图24为本实用新型的防伪结构应用在证卡上时光从左侧入射的示意图。图25为本实用新型的防伪结构应用在证卡上时光从右侧入射的示意图。如图24和图25所示，防伪结构10a、10b、10c贴附于证卡20的表面，当光源从左侧入射时，人眼30位于证卡20的正上方，可观察到较亮的图案信息；当光源从右侧入射时，人眼30位于证卡20的正上方，可观察到较暗的图案信息，由于右侧的图像颜色暗于左侧的图像颜色，因此可以观察到明显的亮暗交替图像，起到防伪功效。

本实用新型的防伪结构10a、10b、10c的包括光栅层12，光栅层12上设有用于产生非对称性衍射的光栅结构121a、121b，当同一种光源从两个不同的方向并以相同的入射角射向光栅结构121a、121b时，可实现在对称入射角度的情况下，衍射光的出射位置相同、亮度不同，具备明暗差别对比效果，起到防伪功效，且具有安全等级高、母版仿制门槛高、短时间无法防止、结构简单、可批量化生产，成本低等优势，有益于大规模推广。

在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。