阅读说明：本技术 一种基于随机点阵层的复合防伪结构及其制备方法和应用 (Composite anti-counterfeiting structure based on random lattice layer and preparation method and application thereof ) 是由 谢志梅 黄鹏 董小春 姜世平 王德麾 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于随机点阵层的复合防伪结构,属于防伪技术领域。所述复合防伪结构由至少两层带有随机点阵的透明材料层依次重叠复合而成,且透明材料层上的随机点阵是通过对第一层透明材料层上随机点阵进行坐标变换而产生的相关联点阵。本发明还提供复合防伪结构的制备方法和应用。本发明的复合防伪结构可以产生多种莫尔图案,且该图案并不能被各层点阵单独显示,具有较高的设计难度与视觉吸引力,同时相对于现有的防伪图形,具有鲜明的特点,可用于商品包装和防伪领域。(The invention provides a composite anti-counterfeiting structure based on a random dot matrix layer, and belongs to the technical field of anti-counterfeiting. The composite anti-counterfeiting structure is formed by sequentially overlapping and compounding at least two layers of transparent material layers with random lattices, and the random lattices on the transparent material layers are associated lattices generated by carrying out coordinate transformation on the random lattices on the first layer of transparent material layer. The invention also provides a preparation method and application of the composite anti-counterfeiting structure. The composite anti-counterfeiting structure can generate various Moire patterns, the patterns cannot be independently displayed by each layer of dot matrix, the design difficulty and the visual attraction are higher, and compared with the existing anti-counterfeiting patterns, the composite anti-counterfeiting structure has the characteristic of vividness and can be used in the fields of commodity packaging and anti-counterfeiting.)

一种基于随机点阵层的复合防伪结构及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于防伪技术领域，具体为一种基于随机点阵层的复合防伪结构及其制备方法和应用。

背景技术

如今基于薄膜的防伪技术越来越受到市场的青睐，如彩虹全息、微透镜阵列防伪等。彩虹全息膜的制备依赖于纳米尺寸的微纳加工技术，制备条件要求苛刻，成本较高。微透镜阵列防伪膜需要同时制备微透镜阵列和微图形阵列，这也增加了其制备的工序、成本和制作周期，并且可控面形的微透镜阵列的成形技术往往是微纳加工领域中的一个技术难题。

历史上，人们对裸眼可视的莫尔纹的进行了深入的研究。把两个空间频率稍有不同的光栅重叠在一起，其差频分量形成的条纹叫做莫尔条纹,当这两个光栅存在相对移动时，莫尔条纹也会随之移动。莫尔条纹已经成为一种光学防伪技术，被许多文章报道过。然而许多莫尔纹都是仅限于光栅形成的条纹图形，设计简单，并且图案移动方式单一，在实际运用中受到了极大的限制。此外，现存的许多防伪技术，例如激光全息、水印、二维码等，由于其制备成本较高，或者显示效果单一，亦或技术太过成熟，已经不能起到很好的防伪效果，很容易被不法份子模仿。在后来的研究中，国外的科研人员通过对莫尔纹更深入的分析，证明了不仅周期光栅可以产生莫尔纹，随机的点阵也可以产生莫尔纹。当两个相似的点阵以一定的方式接近并发生干涉时，会产生一定图案的莫尔纹。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于随机点阵层的复合防伪结构，本发明防伪结构产生的图案，具有很强的视觉吸引力，同时相对于现有的防伪图形，具有鲜明的特点，可用于商品包装和防伪领域。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种基于随机点阵层的复合防伪结构，所述复合防伪结构由至少两层带有随机点阵的透明材料层依次重叠复合而成，且透明材料层上的随机点阵是通过对第一层透明材料层上随机点阵进行坐标变换而产生的相关联点阵。

本发明复合防伪结构如图1和图2所示，其中图1为两层相关联的随机点阵层重叠的立体结构图，图2为多层相关联的随机点阵层重叠的立体结构图。本发明复合防伪结构是以第一层透明材料上的随机点阵层为基础，其它各层点阵进行坐标变换所得到的两层或多层相关联的随机点阵层结构，各层的坐标变换可以相同也可以不同。

进一步，所述组成点阵的点大小相同，点的直径为100～500μm。

进一步，所述坐标变换为旋转、缩放或几何变换。具体的坐标变换，旋转、缩放或几何变换根据本领域的常规手段即可实现，只要能实现点阵层坐标变换的目的即可，具体的实现方式不受限制。

进一步，所述组成点阵的点所在的位置不透光，其它位置透光，且不透光点的总面积与透光位置的总面积比小于1：3。

进一步，所述透明材料为透明薄膜或玻璃，优选为透明有机薄膜、PMMA或苏打玻璃。

进一步，所述随机点阵通过喷墨打印、UV打印、UV压印或丝网印刷的方式制作在透明薄膜的表面；通过激光加工的方法制作在PMMA上；通过化学腐蚀的方式制作在苏打玻璃上。

进一步，所述复合防伪结构由两层带有随机点阵的透明材料层重叠复合而成，且第二层透明材料层上的随机点阵是通过对第一层透明材料层上随机点阵进行坐标变换而产生的相关联点阵。

进一步，随机点阵的点均位于矩形内，点的个数为n<(L×W)/πD²，L、W、D分别表示矩形的长和宽以及点的直径。

一种基于随机点阵层的复合防伪结构的制备方法，包括以下步骤：

1)随机生成一系列的点组成点阵A1，在点阵A1的边上设置一个空心的“十”字用于对准；

2)复制点阵A1，并对其进行坐标变换，得到新的随机点阵A2，在点阵A2的边上设置一个实心的“十”字，其位置与点阵A1边上的空心“十”字相对应；

3)根据透明材料的层数重复步骤2)复制点阵A1，并对其进行坐标变换，直到每层透明材料层都有对应的阵列An，并在每层点阵An的边上设置一个实心的“十”字，其位置与点阵A1边上的空心“十”字相对应；

4)将随机点阵A1，A2，…An分别制作于透明材料层上；

5)将印有A1，A2，…An点阵的透明材料层依次进行重叠，并使各层点阵的实心“十”字与第一层点阵A1的空心“十”字重合，即可得到复合防伪结构。

一种基于随机点阵层的复合防伪结构的应用，所述防伪结构应用于商品包装及防伪标签。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明基于随机点阵莫尔纹理论，给出了一种双层或多层相关随机点阵薄膜重叠产生莫尔纹的防伪技术及其制备方法。本发明通过设计一层随机点阵，并在该点阵的基础上通过缩放、旋转或几何变化得到第二层、第三层点阵……将这些点阵分别制作在透明材质上，当这些相关点阵重叠的时候，会出现对应的独特图案。相比于现有的防伪技术，本发明的有点在于：制备成本低、视觉效果好、设计参数隐蔽、裸眼可视等。

本发明中的随机点阵层打破了传统光栅周期排列的限制，利用非周期即随机的多层相同点阵进行重叠复合，并以第一层点阵为基础对各层点阵进行坐标变换(微小的旋转，缩放或几何变换)，便能从其重叠结构中看到新颖的图案，其效果比光栅形成的莫尔纹亮度更高，图案更丰富，制备技术要求也更高。对于两层的结构，可以将第一层随机点阵A1当作编码图层，此时并不会看到任何图案，将第二层点阵A2当作解码图层，通过将两层重叠得到隐藏的图案；对于两层以上的结构，各层随机点阵并不会显示任何特殊图案，可以将第一层当作编码层，将其余结构层当作解码层，只有当所有解码层与编码层重叠时，才会得到隐藏的图案。由于各层随机阵列的排布具有相关性，若不知道其坐标变换形式，就无法得到其相关随机点阵，更加无法实现预期的图样，将其用于防伪标签上能达到难以模仿的效果。

附图说明

图1为两层相关联的随机点阵层重叠的立体结构图；

图2为多层相关联的随机点阵层重叠的立体结构图；

图3为实施例1中的随机点阵A1；

图4为实施例1中的随机点阵A2；

图5为实施例1中随机点阵A1和随机点阵A2重叠后的图形；

图6为实施例2中随机点阵A1和随机点阵A2重叠后的图形；

图7为实施例3中随机点阵A1和随机点阵A2重叠后的图形；

图8为实施例4中随机点阵A1、随机点阵A2和随机点阵A3重叠后的图形；

图9为实施例5中在PET薄膜上得到的随机点阵A1的微结构示意图；

图10为实施例5中随机点阵A1、随机点阵A2、随机点阵A3和随机点阵A4重叠后的图形。

附图说明：1-点阵，2-透明材料层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

利用MATLAB软件生成了一个随机点阵A1，其边框为长宽均等于5cm的正方形，每个点的直径为200μm，个数为3000个，并在点阵A1的边上设置一个空心的“十”字用于对准，如图3所示。

复制点阵A1，对其进行了旋转变换：以正方形的旋转对称中心作为原点建立坐标轴，变换函数为F(x，y)＝(xcosθ-ysinθ，ycosθ-xsinθ)，其中θ为旋转的角度，取θ等于3°(θ大于0表示逆时针旋转)，由此得到随机点阵A2，并在点阵A2的边上设置一个实心的“十”字用于对准，其位置与点阵A1边上的空心“十”字相对应，如图4所示。

采用丝网印刷的方式将随机点阵A1和A2分别印在两层PET薄膜上。A1即为编码图案层，A2为解码图案层。

将印有随机点阵A2的PET薄膜层重叠在印有随机点阵A1的PET薄膜层上，并将两层的“十”字相互重合，可以看到绕中心旋转的点的轨迹，即可得到复合防伪结构，效果如图5所示。

实施例2

本实施例采用实施例1中的随机点阵A1作为底层点阵，并在点阵A1的边上设置一个空心的“十”字用于对准。

复制点阵A1，对其进行了缩放变换：以正方形的旋转对称中心作为原点建立坐标轴，变换函数为F(x,y)＝(ax,ay)，其中a为放大的倍数，取a等于1.02(a大于1表示放大，小于1表示缩小)，由此得到随机点阵A2，并在点阵A2的边上设置一个实心的“十”字用于对准，其位置与A1的空心“十”字相对应。

采用激光直写的方法，将两个点阵及其对准“十”字分别制作在PMMA层上，得到编码图案层和解码图案层。由于激光的高温作用，被直写的部分颜色变深，从而随机点阵的透射效率大大降低，区别于点阵周围的透明区域。

将印有随机点阵A2的PMMA层重叠在印有随机点阵A1的PMMA层上，并将两层的“十”字相互重合，可以看到沿着中心点呈现放射状的轨迹，即可得到复合防伪结构，效果如图6所示。

实施例3

本实施例采用实施例1中的随机点阵A1作为底层点阵，并在点阵A1的边上设置一个空心的“十”字用于对准。

复制点阵A1，对其同时进行了缩放和旋转两种变换。以正方形的旋转对称中心作为原点建立坐标轴，变换函数为F(x，y)＝(axcosθ-aysinθ，aycosθ-axsinθ)，取a等于1.02，θ等于3°，由此得到随机点阵A2，并在点阵A2的边上设置一个实心的“十”字用于对准，其位置与A1的空心“十”字相对应。

采用化学腐蚀的方法，将点阵制作在苏打玻璃层上，其具体步骤如下。

将设计好的随机点阵A1和A2包括其上的对准十字图形制作成光刻掩模板；在厚度为500微米的苏打玻璃上沉积一层100纳米厚的金属铬，再在其上涂一层700纳米的光刻胶；利用随机点阵A1的掩模板对其进行静态曝光，然后显影。其中曝光和显影时间要充分，保证金属铬与空气接触。最后在酸性环境下(高氯酸)硝酸铈铵与去离子水以1：5的比例混合，得到铬腐蚀液。利用腐蚀液对显影后的基片进行浸泡，5分钟后将其取出，便得到苏打玻璃基底的、不透光的随机点阵A1，其点阵由金属铬组成。利用随机点阵A2的掩模板，将以上步骤重复，便可得到苏打玻璃基底的、不透光的金属随机点阵A2。由此得到编码图案层和解码图案层。

将印有随机点阵A2的苏打玻璃层重叠在印有随机点阵A1的苏打玻璃层上，并将两层的的“十”字相互重合，可以看到沿着中心点呈现螺旋状的轨迹，效果如图7所示。

实施例4

本实施例采用实施例1中的随机点阵A1作为底层点阵，并在点阵A1的边上设置一个空心的“十”字用于对准。

复制点阵A1，对其进行了旋转变换：以正方形的旋转对称中心作为原点建立坐标轴，变换函数为F(x，y)＝(xcosθ-ysinθ，ycosθ-xsinθ)，其中θ为旋转的角度，取θ等于3°(θ大于0表示逆时针旋转)，由此得到随机点阵A2，并在点阵A2的边上设置一个实心的“十”字用于对准，其位置与点阵A1边上的空心“十”字相对应。

重复A2的设计步骤，复制点阵A1，对其进行了旋转变换：以正方形的旋转对称中心作为原点建立坐标轴，变换函数为F(x，y)＝(xcosθ-ysinθ，ycosθ-xsinθ)，其中θ为旋转的角度，取θ等于6°(θ大于0表示逆时针旋转)，由此得到随机点阵A3，并在点阵A3的边上设置一个实心的“十”字用于对准，其位置与点阵A1边上的空心“十”字相对应。

采用丝网印刷的方式将随机点阵A1、A2、A3分别印在三张PET薄膜上。A1即为编码图案层，A2、A3为解码图案层。

将印有随机点阵A2、A3的PET薄膜层依次重叠在印有随机点阵A1的PET薄膜层上，并将每层点阵的实心“十”字与第一层点阵A1的空心“十”字重合，即可得到复合防伪结构，最终的显示图案如图8所示。该图案是对随机点阵A1的双重加密。

实施例5

本实施例采用实施例1中的随机点阵A1作为底层点阵，并在点阵A1的边上设置一个空心的“十”字用于对准。

复制点阵A1，对其进行了旋转变换：以正方形的旋转对称中心作为原点建立坐标轴，变换函数为F(x，y)＝(xcosθ-ysinθ，ycosθ-xsinθ)，其中θ为旋转的角度，取θ等于3°(θ大于0表示逆时针旋转)，由此得到随机点阵A2，并在点阵A2的边上设置一个实心的“十”字用于对准，其位置与点阵A1边上的空心“十”字相对应。

重复A2的设计步骤，复制点阵A1，对其进行了旋转变换：以正方形的旋转对称中心作为原点建立坐标轴，变换函数为F(x，y)＝(xcosθ-ysinθ，ycosθ-xsinθ)，其中θ为旋转的角度，取θ等于6°(θ大于0表示逆时针旋转)，由此得到随机点阵A3，并在点阵A3的边上设置一个实心的“十”字用于对准，其位置与点阵A1边上的空心“十”字相对应。

再次复制点阵A1，对其同时进行了缩放和旋转变换：以正方形的旋转对称中心作为原点建立坐标轴，变换函数为F(x，y)＝(axcosθ-aysinθ，aycosθ-axsinθ)，其中θ为旋转的角度，取θ等于8°(θ大于0表示逆时针旋转)，a为缩放倍数，取a等于1.02，由此得到随机点阵A4，并在点阵A4的边上设置一个实心的“十”字用于对准，其位置与点阵A1边上的空心“十”字相对应。

采用UV压印的方式制备各层随机点阵，其具体步骤如下：

将设计好的随机点阵A1、A2、A3和A4包括其上的对准十字图形制作成光刻掩模板；在玻璃基底涂布2-3微米的光刻胶；利用随机点阵A1的掩模板进行静态曝光，然后显影，其中曝光和显影时间要充分，保证光刻胶点阵形成圆柱形台阶，并且高度在2-3微米；将光刻胶点阵台阶作为母版进行电铸得到共轭的镍版；取PET材料薄膜，在其一面涂布UV胶；令共轭镍版与涂有UV胶的PET充分接触、压平；利用紫外灯对其进行照射；30秒后将共轭镍版与PET膜分离，便在PET薄膜材料上得到了高度为2-3微米的随机点阵A1，如图9所示。利用随机点阵A2的掩模板，将以上步骤重复，便在PET薄膜材料上得到了高度为2-3微米的随机点阵A2。利用随机点阵A3的掩模板，将以上步骤重复，便在PET薄膜材料上得到了高度为2-3微米的随机点阵A3。利用随机点阵A4的掩模板，将以上步骤重复，便在PET薄膜材料上得到了高度为2-3微米的随机点阵A4。由此便得到编码图案层A1和解码图案层A2、A3、A4。

将印有随机点阵A2、A3、A4的PET薄膜层依次重叠在印有随机点阵A1的PET薄膜层上，并将每层的实心“十”字与第一层点阵A1的空心“十”字重合，即可得到复合防伪结构，最终的显示图案如图10所示。该图案是对随机点阵A1的三重加密。

实施例1至5给出了能产生不同显示效果的两层复合结构、三层复合结构以及四层复合结构的随机点阵设计以及制备方法。以实施例1至5相同的方式，可以制备五层甚至多层随机点阵复合结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。