印技术制备用于防伪领域的防伪标签，其表面为杂乱、无序的介质微结构，在激光照射可下释放出防伪信息。
[0032]1、标签表面微结构光学设计
[0033]标签表面微结构通过光学设计软件计算得到。即已知入射光的光场分布以及所要达到的输出平面的光场分布，通过计算中间光学元件的参数，使得入射光经过光学系统后光场分布符合设计要求。设计软件主要采用光线追迹，随后用传递函数评价的设计方法。获得的的中间光学元件即为标签表面微结构图形。由于不同的输出光场需要不同的光学系统，因此每个不同图案的防伪标签都对应不同的表面微结构。
[0034]如图6所示，将防伪图像17输入计算机中，输入光为平行单色光，通过第一透镜18进行逆傅里叶变换可得衍射元件表面结构19。通过第二透镜再次傅里叶变换求得单色光通过衍射元件在投影面的光场分布，即为激光笔通过标签表面后投影出的图像。
[0035]如图1所示，当输出图像为对称图形时，标签表面为单层的完全无序的浮雕微结构，浮雕结构深度起位相调节作用，最大位相刻蚀深度为231。当输出图形为非对称图像，由于衍射有正负一级衍射所以单层结构会产生在原位置完全对称的二个图像，因此需要在单层结构上再添加一层结构引入相位差η增去除一个图像，所以非对称图像标签表面结构更为复杂。对于透射式防伪标签，光通过介质结构与空气中的相位差φ = 231 (n1-n0)d/λ，其微结构深度为Φ λ/2 31 (ηι-η。)，对于反射式防伪标签，光通过介质结构与空气中的相位差Φ = 2πη()2(1/λ，其微结构深度为Φ λ/2 31 2η。，其中，Φ为位相差、λ为入射波长、ηι为标签材质折射率、η。为空气折射率，两种标签的防伪信息再现形式如图3所示。
[0036]本实施例中，使用virtuallab软件对图标“nanoimprint”进行结构演算，得到底层数据图和上层数据图各一个，每个数据图对应实际尺寸512um*512um，对应最小尺寸为500nm。将数据图拼版成给0.5cm*0.5cm数据图，转变为SF-100无掩膜光刻机使用的位图数据。使用标签材质为PC折射率1.58，激光光源为532nm波长，标签结构单层深度为458nm，双层深度为916nm。
[0037]2、母版制作
[0038]在实验室开发期间，采用无掩膜光刻机(美国頂P公司SF-100)取代步进式光刻机进行母版制作。制备过程如图4和图5所示:
[0039](1)在硅片上旋涂600nm厚BCI3511紫外光刻胶，使用无掩膜光刻机20:1缩放，进行第一层图形曝光，使用TMAH显影30s，获得图案化的光刻胶图形。
[0040](2)使用电子束镀膜仪蒸镀15nm铬。使用丙酮超声举离光刻胶，得到铬的微结构图案。
[0041](3)将样品放入电感耦合等离子刻蚀设备，使用CHF3/CF4/0^为刻蚀气体，刻蚀娃深度为460nm。
[0042]刻蚀参数:反应压力2pa，CF4 lOsccm，CHF3 25sccm，02 1.5sccm。功率线圈功率30W，上下功率45W，刻蚀时间1600s。
[0043](4)取出样品使用洗铬液洗去铬膜，留下硅的微结构。
[0044](5)在已有第一层结构的硅片上，再旋涂600nm的BC1-3511光刻胶，使用无掩膜光刻机套刻第二层图案，保证套刻误差小于500nm。
[0045](6)重复步骤(3)-(5)，获得第二层微结构。依次使用丙酮、异丙醇、去离子超声清洗娃模板。
[0046](7)使用氧等离子体处理样品表面lmin，气态防粘处理24h，获得表面疏水的硅母版。氧等离子体参数:反应压力2pa，02 lOsccm，功率30w。时间60s。
[0047]3、子模板和镍模板制备
[0048](1)使用硅母版在纳米压印机中，140°C，0.5MP条件下压印2mm厚的PMMA板，保温保压5min，冷却至室温，去除压力，获得PMMA材质子模板。
[0049](2)使用电子束蒸镀80nm厚镍层作为下一步电镀的导电层。
[0050](3)将镀好导电层的子模板放入电镀槽中进行电镀，获得与母版结构相同的镍模板。
[0051]电镀参数:氨基磺酸镍375g/L，氯化镍15g/L，硼酸30_40g/L，十二烷基硫酸钠
0.5g/L。温度40-60°C。pH4.0。电流密度1-2A.dm-2.。电镀时间3_5小时。镍板厚度400_600umo
[0052]4、标签制备
[0053](1)使用镍模板在纳米压印机中，压印0.8mm厚的PC材料，160°C，0.5MP压力，保温保压3min，得到透射式标签。
[0054](2)将透明标签的反面电子束蒸镀lOOnm铝作为反射层，得到反射式标签。
【主权项】
1.一种激光投影式防伪标签，该防伪标签在激光照射下输出防伪图像，其特征在于，所述防伪标签的表面为杂乱无序的纳米级介质微结构，该微结构为二维平面相位调制结构；激光照射在所述微结构上发生透射或反射和衍射，在远场投影面发生干涉相消和干涉增强，从而输出防伪图像；当输出的防伪图像为对称图形时，所述防伪标签表面为单层的完全无序的浮雕微结构，浮雕微结构尺寸与波长相当，最大位相刻蚀深度为2 ;当输出的防伪图像为非对称图形时，所述防伪标签表面为双层的完全无序的浮雕微结构，双层结构之间的相位差为π。2.如权利要求1所述的一种激光投影式防伪标签的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)光学设计:通过光线追迹软件，在已知入射光场和已知输出平面光场条件下，计算入射激光通过的中间光学元件表面的参数，对获得的中间光学元件表面的参数经过数据和图处理后即得到所述防伪标签的表面结构图像； (2)母模板制作:将计算出的表面结构图像制成光刻掩膜版，使用投影光刻和反应离子刻蚀技术在旋涂有光刻胶的硅片上制备微结构母版，并对表面进行防粘处理； (3)压印镍模板制作:利用母模板，使用纳米压印技术压制出与母模板结构相反的高分子子模板，再对子模板利用电子束蒸金属镍作为导电层，使用电镀技术获得与母模版相同结构的金属镍模板； (4)标签加工:使用金属镍模板和纳米压印技术压制透明薄膜，获得透射式防伪标签。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)获得透射式防伪标签后，在该防伪标签的背面蒸镀金属层即得反射式防伪标签。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述透射式防伪标签的微结构深度为Φ λ/2π (nfn。)，所述反射式防伪标签的微结构深度为Φ λ/2π2η。，其中，Φ为位相差、λ为入射波长、为标签材质折射率、η。为空气折射率。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金属层的厚度为lOOnm。6.根据权利要求2至5之一所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的高分子子模版采用PMMA，其纳米压印的温度为140°C，压力为0.5Mpa ;纳米压印后保温保压5min，冷却至室温。7.根据权利要求2至5之一所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的透明薄膜采用PC材料，其纳米压印的温度为150°C，压力为0.5MPa ;纳米压印.后保温保压2min，冷却至室温。
【专利摘要】本发明公开一种激光投影式防伪标签及其制备方法，属于光学防伪和微纳加工领域。所述标签表面为单层或多层无序的纳米级浮雕结构，经激光照射后可呈现防伪图像。本发明的标签表面结构通过计算机辅助光学设计，利用衍射光学和傅里叶光学变换将防伪图像转变为标签表面的相位调制结构。在相同的入射光的条件下，不同的防伪图像对应不同的标签表面。所述标签的制备方法包括光刻制备母模板、电镀制备镍模板和纳米压印制备标签。本发明中的激光投影式防伪标签，借助普通激光笔作为鉴定手段，投影出来的防伪图标亮度大、视觉冲击力强，区别于普通激光全息标签光变图像反差小、难以鉴别的特点，可有效地提高标签的防伪性能。
【IPC分类】G06K19/06
【公开号】CN105303222
【申请号】CN201510770189
【发明人】张炜超, 葛海雄, 崔玉双, 袁长胜, 陈延峰
【申请人】南京大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月12日