一種激光成像防偽標(biāo)簽及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)防偽和微納加工領(lǐng)域，具體涉及衍射光學(xué)設(shè)計(jì)和光刻、反應(yīng)離子刻蝕、納米壓印等微納米加工手段制備激光投影微納米結(jié)構(gòu)的防偽標(biāo)簽。
【背景技術(shù)】
[0002]防偽技術(shù)指為了防止偽造而采取的措施，在一定范圍內(nèi)能準(zhǔn)確鑒別真?zhèn)?，并不容易被仿制和?fù)制的技術(shù)。我國(guó)每年因?yàn)榧倜皞瘟赢a(chǎn)品造成的損失達(dá)數(shù)千億人民幣。打擊假冒偽劣產(chǎn)品，提高防偽技術(shù)刻不容緩。隨著數(shù)字掃描設(shè)備和彩色打印機(jī)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)防偽技術(shù)被復(fù)制和破解的門檻越來越低，亟需新型防偽技術(shù)的開發(fā)，納米技術(shù)防偽為此提供新的解決途徑。
[0003]光學(xué)防偽具有視覺沖擊力強(qiáng)，容易記憶等特點(diǎn)較為適合公眾防偽。目前光學(xué)防偽標(biāo)簽大部分采用光變的辨別方式，即在不同角度可看到不同圖像或者顏色發(fā)生變化，多采用凹凸的光柵結(jié)構(gòu)或者多層膜系統(tǒng)來區(qū)分白光中不同波段的光來達(dá)到變色的效果。其中以激光全息標(biāo)簽使用最為廣泛。自I960年第一臺(tái)激光器發(fā)明至今，激光技術(shù)已廣泛應(yīng)用到工業(yè)，醫(yī)學(xué)、國(guó)防和科學(xué)研究等領(lǐng)域。激光技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了全息術(shù)的發(fā)展，1969年Benton提出了彩虹全息圖術(shù)，80年代開始廣泛應(yīng)用于鈔票、證卡、護(hù)照、證券和社會(huì)名優(yōu)產(chǎn)品的防偽甄別。彩虹全息是用光的干涉和衍射原理將物體的特定波前和以干涉條紋的形式記錄下來，用白光再現(xiàn)單色像的一種全息術(shù)。特點(diǎn)是記錄時(shí)在光路的適當(dāng)位置加狹縫，白光再現(xiàn)時(shí)物體和狹縫的再現(xiàn)像因波長(zhǎng)的不同而變化，從而在不同位置可以看見不同顏色的像。第一代彩虹全息技術(shù)由于技術(shù)擴(kuò)散的原因，已基本失去防偽能力，后續(xù)有很多改進(jìn)型的全息技術(shù)，如計(jì)算機(jī)圖像處理改進(jìn)全息圖、采用圖像編碼加密技術(shù)的加密全息圖像等。
[0004]激光束由于具有高能量可以直接用于加工，在防偽技術(shù)中發(fā)展了一套激光微孔防偽技術(shù)。即在保護(hù)氣體作用下，利用高強(qiáng)高密能量的激光脈沖在標(biāo)簽或紙張上燒灼微孔，組合成可識(shí)別的特定圖案從而達(dá)到防偽效果。觀察方式一般為平視不見圖文，對(duì)光可見隱藏的圖文；或平視為點(diǎn)陣圖像，對(duì)光側(cè)視可見多層次圖像等。目前仍在廣泛使用，特別在鈔票和證卡表面。
[0005]從以上兩個(gè)典型的激光防偽技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)可以得知，現(xiàn)有激光多用于記錄圖像信息或直接用于加工，尚沒有使用激光束本身作為防偽信息載體的技術(shù)。目前可生產(chǎn)激光全息防偽標(biāo)識(shí)的廠商有數(shù)百家，技術(shù)的擴(kuò)散和生產(chǎn)管理的問題，使得有些真的標(biāo)識(shí)不易識(shí)別，一些仿真的標(biāo)識(shí)又能以假亂真。這些極大的降低了激光全息防偽標(biāo)識(shí)的防偽性能。同時(shí)，在標(biāo)簽的制備工藝中，如何降低成本獲得廉價(jià)的成品，決定了該標(biāo)簽?zāi)芊癖煌茝V。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于為防偽領(lǐng)域提供一種激光投影式防偽標(biāo)簽，通過設(shè)計(jì)表面介質(zhì)的微結(jié)構(gòu)，可將激光束轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像，而在標(biāo)簽表面無法直接觀察到任何信息。同時(shí)，本發(fā)明將集成電路技術(shù)、電鍍技術(shù)和納米壓印技術(shù)相結(jié)合，提供一種該激光投影式防偽標(biāo)簽的制備方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種激光投影式防偽標(biāo)簽，該防偽標(biāo)簽在激光照射下輸出防偽圖像，所述防偽標(biāo)簽的表面為雜亂無序的納米級(jí)介質(zhì)微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)為二維平面相位調(diào)制結(jié)構(gòu)；激光照射在所述微結(jié)構(gòu)上發(fā)生透射或反射和衍射，在遠(yuǎn)場(chǎng)投影面發(fā)生干涉相消和干涉增強(qiáng)，從而輸出防偽圖像；當(dāng)輸出的防偽圖像為對(duì)稱圖形時(shí)，所述防偽標(biāo)簽表面為單層的完全無序的浮雕微結(jié)構(gòu)，浮雕微結(jié)構(gòu)尺寸與波長(zhǎng)相當(dāng)，最大位相刻蝕深度為2 π ;當(dāng)輸出的防偽圖像為非對(duì)稱圖形時(shí)，所述防偽標(biāo)簽表面為雙層的完全無序的浮雕微結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)之間的相位差
η。
[0009]上述一種激光投影式防偽標(biāo)簽的制備方法，包括以下步驟:
[0010](1)光學(xué)設(shè)計(jì):通過光線追跡軟件，在已知入射光場(chǎng)和已知輸出平面光場(chǎng)條件下，計(jì)算入射激光通過的中間光學(xué)元件表面的參數(shù)，對(duì)獲得的中間光學(xué)元件表面的參數(shù)經(jīng)過數(shù)據(jù)和圖處理后即得到所述防偽標(biāo)簽的表面結(jié)構(gòu)圖像；
[0011](2)母模板制作:將計(jì)算出的表面結(jié)構(gòu)圖像制成光刻掩膜版，使用投影光刻和反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在旋涂有光刻膠的硅片上制備微結(jié)構(gòu)母版，并對(duì)表面進(jìn)行防粘處理；
[0012](3)壓印鎳模板制作:利用母模板，使用納米壓印技術(shù)壓制出與母模板結(jié)構(gòu)相反的高分子子模板，再對(duì)子模板利用電子束蒸金屬鎳作為導(dǎo)電層，使用電鍍技術(shù)獲得與母模版相同結(jié)構(gòu)的金屬鎳模板；
[0013](4)標(biāo)簽加工:使用金屬鎳模板和納米壓印技術(shù)壓制透明薄膜，獲得透射式防偽標(biāo)簽。
[0014]所述步驟(4)獲得透射式防偽標(biāo)簽后，在該防偽標(biāo)簽的背面蒸鍍金屬層即得反射式防偽標(biāo)簽。優(yōu)選地，所述金屬層的厚度為lOOnm。
[0015]所述透射式防偽標(biāo)簽的微結(jié)構(gòu)深度為Φ λ/2 31 (叫-n。)，所述反射式防偽標(biāo)簽的微結(jié)構(gòu)深度為Φ λ/2 31 2η。，其中，Φ為位相差、λ為入射波長(zhǎng)、叫為標(biāo)簽材質(zhì)折射率、η。為空氣折射率。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中的高分子子模版采用ΡΜΜΑ，其納米壓印的溫度為140°C，壓力為0.5Mpa ;納米壓印后保溫保壓5min，冷卻至室溫。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟(4)的透明薄膜采用PC材料，其納米壓印的溫度為150°C，壓力為0.5MPa ;納米壓印后保溫保壓2min，冷卻至室溫。
[0018]與傳統(tǒng)的光學(xué)防偽技術(shù)不同，本發(fā)明采用激光投影的方式釋放防偽信息，即將激光束轉(zhuǎn)變?yōu)榉纻涡畔⒌妮d體，通過本發(fā)明設(shè)計(jì)的防偽標(biāo)簽將激光轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像。本發(fā)明的防偽標(biāo)簽通過光學(xué)變換軟件運(yùn)算分解為標(biāo)簽表面的雜亂、無序的微結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)無論在宏觀還是微觀上都無法分析出任何信息，其作用是對(duì)激光束光斑進(jìn)行散射、衍射和干涉，最終組合成防偽圖案。微結(jié)構(gòu)最小尺寸與光波長(zhǎng)相當(dāng)，結(jié)構(gòu)深度大于光波長(zhǎng)，因此無法通過光刻和打印技術(shù)復(fù)制。
[0019]本發(fā)明的激光投影式防偽標(biāo)簽，借助普通激光筆作為鑒定手段，投影出來的防偽圖標(biāo)亮度大、視覺沖擊力強(qiáng)，區(qū)別于普通激光全息標(biāo)簽光變圖像反差小、難以鑒別的特點(diǎn)，可有效地提高標(biāo)簽的防偽性能。本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020](1)防偽標(biāo)簽表面是納米級(jí)介質(zhì)微結(jié)構(gòu)，在自然光下有輕微的虹彩效果，表面美觀。
[0021](2)通過激光照射可以通過透射或者反射再現(xiàn)防偽信息，操作簡(jiǎn)單，效果直觀，視覺沖擊力強(qiáng)。使用普通激光筆即可再現(xiàn)防偽信息。
[0022](3)標(biāo)簽表面介質(zhì)微結(jié)構(gòu)最小尺寸為百納米級(jí)，結(jié)構(gòu)深度可達(dá)微米級(jí)，形狀復(fù)雜無序，難以被分析破解。
[0023](4)母模版制作使用光刻、反應(yīng)離子刻蝕、納米壓印和電鍍技術(shù)結(jié)合，工序復(fù)雜，涉及設(shè)備多，工藝難度大，可以有效避免被仿制，并保證防偽性能。
[0024](5)標(biāo)簽生產(chǎn)過程使用納米壓印技術(shù)，成本低廉，效率高，產(chǎn)量大，可以迅速降低整個(gè)標(biāo)簽的工藝成本，易于產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明激光投影式防偽標(biāo)簽的表面結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為下層結(jié)構(gòu)表面，(b)為上層結(jié)構(gòu)表面。
[0026]圖2是本發(fā)明防偽標(biāo)簽的雙層介質(zhì)微結(jié)構(gòu)切面示意圖，1-上層結(jié)構(gòu)，2-下層結(jié)構(gòu)，
3-標(biāo)簽支撐層，4-金屬反射層。
[0027]圖3是本發(fā)明防偽標(biāo)簽的防偽信息再現(xiàn)形式，(a)為透射式標(biāo)簽再現(xiàn)示意圖，(b)為反射式標(biāo)簽再現(xiàn)示意圖；5_激光筆，6-激光束，7-透射式標(biāo)簽，8-反射式標(biāo)簽，9-再現(xiàn)圖像。
[0028]圖4是母版投影套刻示意圖和RIE過程硅表面形貌演變示意圖，(a)為第一次投影曝光示意圖和RIE刻蝕硅結(jié)果示意圖，(b)為第二次套刻曝光示意圖和RIE刻蝕硅結(jié)果示意圖；10_紫外光系統(tǒng)，11-帶有套刻的光刻掩膜系統(tǒng)，12-投影縮放光學(xué)系統(tǒng)，13-旋涂紫外光刻膠的硅襯底，14- 一次反應(yīng)離子刻蝕后的母版結(jié)構(gòu)示意圖，15-旋涂紫外光刻膠的帶有單層刻蝕結(jié)構(gòu)的母版，16- 二次反應(yīng)離子刻蝕后的雙層刻蝕結(jié)構(gòu)母版結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5是本發(fā)明激光投影式防偽標(biāo)簽的制備工藝流程圖。
[0030]圖6是光學(xué)設(shè)計(jì)原理示意圖，17-輸入計(jì)算機(jī)的防偽圖像，18-第一透鏡，19-計(jì)算得到的衍射元件表面結(jié)構(gòu)，20-第二透鏡，21-經(jīng)過衍射元件得到的實(shí)際圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明使用衍射光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)合納米壓