基于微透鏡陣列的防偽膜技術(shù)[1]是一種新的防偽技術(shù)，它是在傳統(tǒng)幾何光學(xué)透鏡成像定律的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代微納米光學(xué)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)發(fā)展而來的。這種技術(shù)具有便于觀察和易于識別的特點，特別是在光線不足的環(huán)境下也可輕易識別，因此受到人們的青睞。制作微透鏡陣列是微透鏡陣列防偽膜技術(shù)中關(guān)鍵的一步。近些年來，制備微透鏡的技術(shù)有很多，主要有光刻膠熱熔成形法[2]、各向異性刻蝕法[3]、離子交換法[4]、激光直寫法[5]、空間光調(diào)制法[6]、軟硬膜壓印法[7-10]、灰度掩膜紫外光刻法[11]、反應(yīng)離子束刻蝕法[12]、噴墨法[13]等。

       反應(yīng)離子束刻蝕法中，離子束的均勻度、溫度效應(yīng)、氣體的選擇等很多因素都直接影響微透鏡陣列的品質(zhì)，工藝較為復(fù)雜[12]；光刻膠熱熔成形法，因為光刻膠的黏度是一定的，不同基材其浸潤程度不同，導(dǎo)致所制作的微透鏡陣列的品質(zhì)不同[14]；噴墨法對儀器的精度和樹脂本身的特性要求都非常高，成本較高[13,15]；灰度掩膜法在配制溶膠凝膠溶液時需花費大量的時間和精力，各物質(zhì)之間的配比要嚴(yán)格控制，成本高，且不適合批量生產(chǎn)[16]。黃校軍等[17-18]利用飛秒激光直寫技術(shù)在鎳板上制作微透鏡陣列，配合壓印技術(shù)實現(xiàn)批量生產(chǎn)，但是微透鏡的形貌觀感和一致性尚需提高，而且模壓的溫度在139℃以上，對于基材的選型限制較大。張嘉元[19]利用熱熔法制作的微透鏡陣列防偽膜，精度較高，效果較好，基材的下表面是采用離子束濺射鍍膜技術(shù)和紫外壓印技術(shù)制備的濾光片陣列，這種防偽膜能顯示較為豐富的顏色，但工藝較為復(fù)雜，對于過程控制要求嚴(yán)格。范廣飛[20]利用光敏記錄層加微透鏡陣列層的方式制作防偽膜，光敏記錄層上的圖像加工的手段較單一，光敏記錄層是多層的薄膜結(jié)構(gòu)，加工的精度要求很高。

       為了解決以上問題，本文提出制備微透鏡陣列防偽膜的新方法。該方法通過光刻膠熱熔成形法和烘烤工序制備及復(fù)制微透鏡陣列，再通過曝光（光刻機(jī)價格）和顯影方法在微透鏡陣列的PET膜背面做微縮文字陣列，可在同一片PET膜的正背面分別制備出微透鏡陣列和微縮文字陣列，得到具有雙面結(jié)構(gòu)的微透鏡陣列防偽膜。

1   實驗仿真

1.1   實驗準(zhǔn)備

       采用PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）作為基材，光刻膠是AZ MIR-700 系列中高解像度 I 線正性光刻膠 AZ MIR-703。選取 SU-8 負(fù)性光刻膠復(fù)制微透鏡陣列。選取 250 W 的紫外高壓汞燈作為曝光光源（光刻機(jī)價格），光譜能量分布中心波長為365 nm，曝光平臺距離光源 102 mm。掩膜版采用正六邊形排列的正六邊形掩膜，如圖 1 所示，單個六邊形的外接圓直徑為 60 μm，兩個六邊形邊與邊之間的距離為 10 μm。

圖1  掩膜版幾何示意圖

1.2   微透鏡陣列的制備和復(fù)制

       在 K9 玻璃基片上旋涂 AZ MIR-703 光刻膠， 之后在 110 ℃ 的烘箱里對光刻膠進(jìn)行烘烤。取出烘干的 K9 玻璃基片，將帶有預(yù)設(shè)圖案的掩膜版放在 K9 玻璃基片上，用搭建的曝光系統(tǒng)（光刻機(jī)價格）進(jìn)行曝光，并顯影，吹干。獲得 K9 玻璃基片上棱柱狀的陣列結(jié)構(gòu)，然后將其放入烘箱，以 140 ℃的溫度烘烤45 min，由于表面張力作用，光刻膠棱柱結(jié)構(gòu)上表面在坍塌時形成球面狀，光刻膠微透鏡陣列完成，如圖 2（a）所示。

       將聚二甲基硅氧烷 PDMS（Polydimethylsiloxane）和固化劑，按體積比 1∶10 的比例混合均勻，傾倒至微透鏡陣列上，再將其放到熱臺上以 100 ℃ 的溫度加熱 90 min 左右。當(dāng) PDMS 固化好后，將其揭下，得到完整的 PDMS 微透鏡陣列倒模，如圖 2 所示。在 PDMS 微透鏡陣列倒模的凹槽填滿 SU-8 光刻膠，然后將PET（Polyester）膜覆在PDMS上面，（光刻機(jī)價格）曝光，待其冷卻固化后，揭下PDMS，得到帶有微透鏡陣列的PET膜，如圖3所示。

(a)  微透鏡陣列                       （b)  制作倒模                         (c)  PDMS 倒模

圖2  PDMS微透鏡陣列倒模

(a)    PDMS 倒模         (b) 復(fù)制微透鏡陣列       (c) 復(fù)制好的列陣

圖3  利用PDMS和PET復(fù)制微透鏡陣列

1.3   微縮文字陣列制備

       在微透鏡陣列的 PET 膜背面做微縮文字陣列，微縮文字陣列掩膜版的設(shè)計方法和微透鏡陣列掩膜版相同，并確定微縮文字陣列的周期和單個微縮文字的尺寸。將 PET 膜固定在玻璃基片上，然后將玻璃基片吸附在勻膠機(jī)上進(jìn)行勻膠，如圖 4 所示，勻膠結(jié)束后將 PET 膜放在 95 ℃ 加熱臺上加熱固化 60 min。待 AZ 1500 光刻膠干后，將掩膜版放在膜表面，用搭建的曝光系統(tǒng)進(jìn)行曝光，取出（光刻機(jī)價格）曝光后的PET膜用顯影液顯影并吹干，獲得 PET 膜上的微縮文字陣列，即可得到具有雙面結(jié)構(gòu)的微透鏡陣列防偽膜。

(d) 顯影                    (c) 曝光

圖4  微縮文字陣列的制作流程

2   樣品表征

       利用金相顯微鏡觀察熱熔后的微透鏡陣列的表面，如圖 5 所示。可以看到微透鏡熱熔后的表面，圖中的六邊形邊角分明，六邊形與六邊形之間的間隔很明顯，整個陣列結(jié)構(gòu)分布十分清晰且均勻。利用金相顯微鏡觀察微縮文字陣列膜，可顯現(xiàn)微縮文字陣列的形貌，如圖 6 所示，微縮文字陣列排列規(guī)則，顯影效果較為清晰，能夠分辨出文字的具體內(nèi)容。

圖5  熱熔后微透鏡陣列的表面

圖6  微縮文字陣列圖

       微透鏡陣列防偽膜的最終效果，如圖 7 所示，可以看出基材背后的微縮文字陣列在基材前表面的微透鏡陣列的作用下，具有了很好的立體效果，實驗結(jié)果符合實驗預(yù)期。

圖7  微透鏡陣列防偽膜最終效果圖