CN115390416A - 一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板及其制备方法，该制备方法包括：在透明的衬底层一面蒸镀可见光增透层、另一面蒸镀红外增反层；在可见光增透层上旋涂光刻胶，利用光刻工艺将光刻胶制备为柱体阵列；利用光刻胶热回流工艺将柱体阵列转化为微透镜阵列，得到微透镜阵列层；在红外增反层上旋涂WO3纳米浆料并烘干，形成WO3薄膜。本发明利用非晶态WO3材料的光致变色特性，通过微透镜实现单个像素点写入或擦除，改变基底颜色；写入完成后，利用微透镜的放大成像功能放大写入的微缩图像，呈现全息效果；该防伪板可反复利用，降低防伪翻版成本，同时结合微透镜阵列的制造，增大仿制难度。
Description
技术领域
本发明涉及微纳光电子器件制造领域，特别涉及一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板及其制备方法。
背景技术
传统的防伪制造技术主要以烫金工艺或者激光雕版为主的二维防伪板，其加工周期长，更新较慢，仿制难度较低。光致变色材料，例如非晶态WO3材料，可在248nm的光源照射下会呈现紫色，在1060nm光源照射又可以变成无色。其独特的性质，使其在光学记录和防伪领域具有较大的应用前景。而微透镜阵列作为重要的DOE器件(光学)近些年来在全息成像方面具有较大应用前景，基于莫尔放大原理制造的微透镜阵列，可呈现全息图像的视觉效果。如何设计出一种可反复使用的全息防伪装置是需要研究的课题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板及其制备方法，其利用非晶态WO3材料在不同波段紫外线照射下的显色以及可擦除性能，通过微透镜实现各个像素点写入或擦除，改变基底颜色，可重复使用，降低防伪翻版成本；写入完成后，利用微透镜的放大成像功能放大写入的微缩图像，呈现全息效果。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
作为本发明的第一方面，本发明提供一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板，包括依次分层设置的微透镜阵列层、可见光增透层、衬底层、红外增反层、WO3薄膜，所述WO3薄膜上对应微透镜阵列层的位置设有变色图案区域。
作为本发明的第二方面，本发明提供一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的制备方法，包括：
在透明的衬底层一面蒸镀可见光增透层、另一面蒸镀红外增反层；
在可见光增透层上旋涂光刻胶，利用光刻工艺将光刻胶制备为柱体阵列；
利用光刻胶热回流工艺将柱体阵列转化为微透镜阵列，得到微透镜阵列层；
在红外增反层上旋涂WO3纳米浆料并烘干，形成WO3薄膜。
优选的，所述柱体阵列中，单个柱体直径为80－100μm，高度为10－15μm，间距为5－10μm。
作为本发明的第三方面，本发明基于上述的一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板，还提供一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法，包括步进式写入，所述步进式写入包括：
写入光通过微透镜阵列层的单个微透镜到达WO3薄膜上的变色图案区域；
按照图案设计方案依次完成所需的全部单个微透镜的写入光照射。
优选的，还包括投影式写入，所述投影式写入包括：
按照光路依次设置写入光的光源、投影片和微透镜阵列层，调整写入光的光源、投影片以及微透镜阵列层的位置关系，使得投影片的投影面积不大于微透镜阵列层的面积；
启动写入光的光源，发散的写入光经过投影片和微透镜阵列层到达WO3薄膜上的变色图案区域。
优选的，所述写入光的波长为248nm。
优选的，还包括光学擦除，所述光学擦除包括：
将擦除光直接照射微透镜阵列层，直到WO3薄膜上变色图案区域的图像消除。
优选的，所述擦除光的波长为1060nm。
本发明的有益效果是：本发明一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板利用WO3材料的光致变色特性，即非晶态WO3材料在不同波段紫外线照射下的显色以及可擦除性能，通过微透镜实现各个像素点写入或擦除，改变基底颜色，可实现防伪图像的快速记录、擦除及编辑；写入完成后，利用微透镜的放大成像功能放大写入的微缩图像，结合微透镜阵列的光学特性，便可实现具有全息视觉效果的防伪板功能；该防伪板可反复利用，降低防伪翻版成本，同时结合微透镜阵列的制造，增大仿制难度。
附图说明
图1为本发明一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的剖面结构示意图；
图2为本发明一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的制备方法流程图；
图3为本发明一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法的步进式写入操作示意图；
图4为本发明一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法的投影式写入操作示意图；
图5为本发明一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法的光学擦除操作示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、衬底层，2、可见光增透层，3、红外增反层，4、微透镜阵列层，5、WO3薄膜，6、变色图案区域，7、光源，8、投影片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示为本实施例提供的一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的剖面结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板，包括依次分层设置的微透镜阵列层4、可见光增透层2、衬底层1、红外增反层3、WO3薄膜5，所述WO3薄膜5上对应微透镜阵列层4的位置设有变色图案区域6。
可以理解的是，本实施例利用了WO3材料的光致变色特性，即非晶态WO3材料在不同波段紫外线照射下的显色以及可擦除性能，通过微透镜阵列实现各个像素点写入或擦除，改变基底颜色，可实现防伪图像的快速记录、擦除及编辑；写入完成后，利用微透镜阵列的放大成像功能放大写入变色图案区域6的微缩图像，结合微透镜阵列的光学特性，便可实现具有全息视觉效果的防伪板功能；该防伪板由于写入与擦除可重复操作，因此可反复利用，降低防伪翻版成本，同时结合微透镜阵列的制造，增大仿制难度。
作为对该全息防伪板的进一步优化，为了减小图案写入、擦除以及后期图案显示过程中非工作波段的紫外线对WO3薄膜的光学干扰，还可在可见光增透层2上设置弱化的紫外增反层，或者直接将可见光增透层2设置为兼具可见光增透功能以及紫外增反功能的涂层，例如现有技术使用的一种具有紫外光屏蔽、可见光增透性能的耐原子氧涂层，在该涂层设置时强化可见光增透性能、弱化紫外线增反性能。由于写入以及擦除操作时，写入光和擦除光的光功率远远高于环境中的紫外干扰光，因此该涂层的紫外增反功能对写入或擦除操作的影响较小；通过该涂层的紫外增反性能可减少环境中紫外干扰光到达WO3薄膜，对写入、擦除或图案显示过程造成干扰。
如图2的工艺流程图所示，本实施例还提供上述可用于光学记录及擦除的全息防伪板的制备方法。如图2所示，本实施例提供的一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的制备方法，包括：
在透明的衬底层1一面蒸镀可见光增透层2、另一面蒸镀红外增反层3；
在可见光增透层2上旋涂光刻胶，利用光刻工艺将光刻胶制备为柱体阵列；
利用光刻胶热回流工艺将柱体阵列转化为微透镜阵列，得到微透镜阵列层4；
在红外增反层3上旋涂WO3纳米浆料并烘干，形成WO3薄膜5。
可以理解的是，通过本实施例的制备方法，可制备得到上述可用于光学记录及擦除的全息防伪板，且由于结合微透镜阵列的制造，增大仿制难度。本实施例采用石英基板作为衬底层1。采用石英玻璃作为衬底层1是因为，石英玻璃和普通硼硅酸盐玻璃相比，其能透过绝大多数紫外线，对紫外线的吸收率非常低，减小图案写入与擦除时的光功耗，提升图案写入与擦除效率。制备得到的微透镜阵列属于DOE器件，具有全息和放大效果。本实施例中的光刻胶采用SU－8光刻胶，通过光刻显影技术可按照微透镜阵列设计方案将光刻胶涂层显影为微型的柱体阵列，再通过退火工艺(即热回流)将单个柱体的表面热熔成球面，从而形成微透镜阵列。本实施例中的WO3纳米浆料利用了非晶态WO3材料在不同波段紫外线照射下的显色以及可擦除性能，实现了防伪板的可重复使用性能。如图2的流程所示，在制备完成WO3薄膜5后，即可通过紫外曝光的方式对防伪板进行信息写入。
在其中一种可能的实施例中，所述柱体阵列中，单个柱体直径为80－100μm，高度为10－15μm，间距为5－10μm。通过光刻工艺显影得到高密度的柱体阵列，从而制备得到高密度的微透镜阵列层4，在进行信息写入时，每个微透镜相当于防伪板的一个像素点，高密度的微透镜阵列层4呈现了更密集的像素点，可以实现更加清晰的全息图像呈现效果。
图3为本实施例提供的一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法操作示意图，其展示了使用方法中的步进式写入操作。如图3所示，本实施例的一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法，包括步进式写入，所述步进式写入包括：
写入光通过微透镜阵列层4的单个微透镜到达WO3薄膜5上的变色图案区域6；
按照图案设计方案依次完成所需的全部单个微透镜的写入光照射。
可以理解的是，微透镜阵列层4中的每一个微透镜作为将要呈现的全息图像的一个像素点，在步进式写入模式中，通过小口径的紫外激光作为写入光，波长为248nm。光源7发出的写入光根据图像的像素点排布依次对单个微透镜进行照射，实现对完整图案的写入。图案写入完成后，利用微透镜的放大成像功能放大写入的微缩图像，呈现全息效果。步进式写入的模式更加适合灰度一致的图案，例如文字图案。
作为另一种优选的实施方式，如图4所示，本实施例的使用方法还包括投影式写入，所述投影式写入包括：
按照光路依次设置写入光的光源7、投影片8(即掩膜板)和微透镜阵列层4，调整写入光的光源7、投影片8以及微透镜阵列层4的位置关系，使得投影片8的投影面积不大于微透镜阵列层4的面积；
启动写入光的光源7，发散的写入光经过投影片8和微透镜阵列层4到达WO3薄膜5上的变色图案区域6。
可以理解的是，投影式写入模式更加适合于对各像素点有灰度差异的图案进行写入。由于本模式中需要光源7一次照射即实现完整的图像写入，因此本实施例的光源7为发散的紫外激光，波长为248nm。通过设置投影片8(掩膜板)上每个像素点的透光灰度设置下方图案的灰度。具体的，可通过预先设计投影片8上各个像素点的透光率，通过投影片8投影的方式调整各个像素点输出到防伪板各个微透镜的光功率，从而使得WO3薄膜5上各个像素点接收到不同的光功率，以实现不同灰度图案的写入。本实施例对于投影式曝光可以通过不同光功率实现灰度图案直写，结合DOE器件(即微透镜阵列层4)产生三维的视觉效果。
图5为本实施例全息防伪板的使用方法的光学擦除操作示意图，如图5所示，该使用方法还包括光学擦除，所述光学擦除包括：
将擦除光的光源7直接照射微透镜阵列层4，直到WO3薄膜5上变色图案区域6的图像消除，所述擦除光的波长为1060nm。
可以理解的是，当需要对上述防伪板上的信息进行清除时，可通过投影式曝光将发散的擦除光直接照射到微透镜阵列层4，由于WO3薄膜5在1060nm波长紫外光的照射下颜色可进行还原，因此可利用这一特性擦除写入的原图案。通过光学擦除进行防伪板还原，可以对防伪版进行重复利用，以节省成本。
本实施例提供的一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板利用WO3材料的光致变色特性，即非晶态WO3材料在不同波段紫外线照射下的显色以及可擦除性能，通过微透镜实现各个像素点写入或擦除，改变基底颜色，可实现防伪图像的快速记录、擦除及编辑；写入完成后，利用微透镜的放大成像功能放大写入的微缩图像，结合微透镜阵列的光学特性，便可实现具有全息视觉效果的防伪板功能；该防伪板可反复利用，降低防伪翻版成本，同时结合微透镜阵列的制造，增大仿制难度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板，其特征在于，包括依次分层设置的微透镜阵列层(4)、可见光增透层(2)、衬底层(1)、红外增反层(3)、WO3薄膜(5)，所述WO3薄膜(5)上对应微透镜阵列层(4)的位置设有变色图案区域(6)。
2.一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的制备方法，其特征在于，包括：
在透明的衬底层(1)一面蒸镀可见光增透层(2)、另一面蒸镀红外增反层(3)；
在可见光增透层(2)上旋涂光刻胶，利用光刻工艺将光刻胶制备为柱体阵列；
利用光刻胶热回流工艺将柱体阵列转化为微透镜阵列，得到微透镜阵列层(4)；
在红外增反层(3)上旋涂WO3纳米浆料并烘干，形成WO3薄膜(5)。
3.根据权利要求2所述一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的制备方法，其特征在于，所述柱体阵列中，单个柱体直径为80－100μm，高度为10－15μm，间距为5－10μm。
4.一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法，基于权利要求1所述的一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板，其特征在于，包括步进式写入，所述步进式写入包括：
写入光通过微透镜阵列层(4)的单个微透镜到达WO3薄膜(5)上的变色图案区域(6)；
按照图案设计方案依次完成所需的全部单个微透镜的写入光照射。
5.根据权利要求4所述一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法，其特征在于，包括投影式写入，所述投影式写入包括：
按照光路依次设置写入光的光源(7)、投影片(8)和微透镜阵列层(4)，调整写入光的光源(7)、投影片(8)以及微透镜阵列层(4)的位置关系，使得投影片(8)的投影面积不大于微透镜阵列层(4)的面积；
启动写入光的光源(7)，发散的写入光经过投影片(8)和微透镜阵列层(4)到达WO3薄膜(5)上的变色图案区域(6)。
6.根据权利要求4或5所述一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法，其特征在于，所述写入光的波长为248nm。
7.根据权利要求4或5所述一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法，其特征在于，还包括光学擦除，所述光学擦除包括：
将擦除光直接照射微透镜阵列层(4)，直到WO3薄膜(5)上变色图案区域(6)的图像消除。
8.根据权利要求5所述一种可用于光学记录及擦除的全息防伪板的使用方法，其特征在于，所述擦除光的波长为1060nm。
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