CN103267991A - 一种微透镜晶体的制备工艺及微透镜晶体的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微透镜制造技术，具体涉及一种微透镜晶体的制备工艺及微透镜晶体的应用，一种微透镜晶体的制备工艺包括以下制备步骤：步骤1：制网架；步骤2：制网版；步骤3：曝光冲洗；步骤4：印刷；步骤5：晒版，该制备工艺具有可一次性生产面积较大的微透镜版面，提高生产效率、降低生产成本的特点，制备得到的微透镜晶体应用于立体印刷、包装物料和光源放大等，其应用广泛，适合大众市场需求的特点。

Description

一种微透镜晶体的制备工艺及微透镜晶体的应用

技术领域

 本发明涉及丝网印刷技术，具体涉及一种微透镜晶体及其制备工艺。

背景技术

透镜是一种人们非常熟悉的光学元件，它属于被动光学元件，在光学系统中用来会聚、发散光辐射。通常的透镜体积比较大，人眼能看得到，属于折射型光学元件，遵循折射定律，用几何光学的知识就能很好地研究它们的光学性质。相同的透镜按一定的周期排列在一个平面上便构成了透镜阵列，由普通的透镜组成的透镜阵列的光学性质就是单个透镜功能的合成。

然而，随着科学技术的进步，当前的仪器设备已朝着光、机、电集成的趋势发展趋势。利用传统方法制造出来的光学元件不仅制造工艺复杂，而且制造出来的光学元件尺寸大、重量大，已不能满足当今科技发展的需要。目前，人们已经能够制作出直径非常小的透镜与透镜阵列，这种透镜与透镜阵列通常是不能被人眼识别的，只有用显微镜、扫描电镜、原子力显微镜等设备才能观察到，这就是微透镜和微透镜阵列。

微光学技术所制造出的微透镜与微透镜阵列以其体积小、重量轻、便于集成化、阵列化等优点，已成为新的科研发展方向。随着光学元件小型化的发展趋势，为减小透镜与透镜阵列的尺寸而开发了许多新技术，现在已经能够制作出直径为毫米、微米甚至纳米量级的微透镜与微透镜阵。

目前微透镜的制备方法主要有：灰度掩模技术、激光直写技术、离子交换技术法、光敏玻璃热成型法、光刻胶热熔法、溶胶-凝胶法、微喷打印法、硬模或软模压印技术、光电反应刻蚀与沉积法、化学气象沉积法等，目前采用较多的一般为热压模成型法或者是微喷打印法。热压模成型法的制模工序比较复杂，而且制备成的模已经固定大小，不能随意调控；微喷打印法制备的微透镜晶体精度高，适合精度要求高的电子元器件使用，但是其制备时是通过单个微透镜逐个打印的，速度慢，成本高，单次只能打印几平方厘米大小的微透镜阵列，难以适应市场的各种需求。

中国发明专利，专利号为：201210470418.X，发明名称：一种简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法及应用，公开了一种简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法及应用，采用光刻方法设计好的图形在SU8光刻胶上曝光，然后采用显影液进行显影，控制显影时间，使未曝光的SU8光刻胶部分去除；然后将其置于烘箱内进行烘烤，使其底部呈圆弧状；取出降至室温后，进行二次曝光，使SU8完全固化，便制成用于制作PDMS聚合物透镜的模板；将未固化后的PDMS聚合物溶液倒入上述的模板上，加热固化PDMS聚合物溶液，剥离PDMS芯片便制成PDMS聚合物透镜阵列；制备成的PDMS透镜可以用于光学成像等应用；该发明方法具有操作简单、快速，实验成本低廉，可与其它技术集成等优点。该技术的制备工艺步骤复杂，工艺条件不好控制，且在剥离芯片时难以保证透镜的表面光滑和透镜本身的均匀度，该发明制成的微透镜只能应用于光学领域。

中国发明授权专利，专利号为：200410055921.4，发明名称：提供一种可以提高液滴弹落精度、制造形状精度良好的微透镜的微透镜制造方法以及微透镜、光学装置、光传送装置、激光打印机用头和激光打印机。在基体上形成的基座构件上,由液滴喷头喷出作透镜材料用的所定滴数液滴而形成微透镜的制造方法,其特征在于:停止基体与液滴喷头之间的相对移动,用液滴喷头在基体的所定位置上喷出多个液滴。通过逐个打印出微透镜组成微透镜列阵。该方法生产出来的微透镜精度高，但是每次打印生产的微透镜只能为几个平方厘米的大小，生产速度慢，生产成本高，只能应用于精度要求高的电子电气原件，应用范围窄，难以实现大众使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，目的是提供一种微透镜晶体的制备工艺，其具有可一次性生产面积较大的微透镜版面，提高生产效率、降低生产成本的特点。

本发明的另一目的是提供一种微透镜晶体的应用，其具有应用广泛，适合大众市场需求的特点。

本发明的通过以下技术方案实现：

一种微透镜晶体的制备工艺，其特征在于：由以下制备步骤：

 步骤1：制网架：根据需要印刷得到的微透镜的大小选择对应目数的网纱固定在网框上制作成网架；丝网是用化学纤维、蚕丝、金属丝等及各种丝通过一定的纺织方法制成的产品，本发明的丝网由非金属材料制成，非金属材料的丝网类型有 ①尼龙丝网：尼龙丝网强度高，耐磨性较高，耐碱性较高，油墨透过性好，丝线直径小，弹性好，印迹鲜明； ②涤纶丝网：涤纶丝网稳定性好，强度高，耐腐蚀，性能优于尼龙丝网，绷网张力高，适合高精印刷。本发明优选使用尼龙丝网。

网架的框体有木框、金属框、塑料框、组合框等。绷网时，先对网框进行清洁处理，绷网可以机械或气动方式，绷网后进行粘接和修整。绷网要求丝网张力适当，均匀稳定，丝向一致，避免斜拉，经纬丝各自平行。

步骤2：制网版：首先用网刮在网架上涂布感光乳剂制备感光膜层，然后用干燥机烘干，重复以上步骤直至感光膜层达到预定的厚度，并且该感光膜层的厚度必须均匀；

感光乳剂是指一种具有感光性质的涂料，通常由溴化银和明胶组成，其中溴化银起主要的感光作用。明胶起到载体和加强光敏性的作用。感光乳剂涂到片基上就成了可以感光的胶卷，涂到特殊的纸上就成了相纸了。使感光乳剂均匀地分布在丝网表面再经冷却、干燥而制成可用的感光材料的过程，是卤化银感光材料生产工艺的重要组成部分。因此，在感光材料生产过程中,对感光乳剂的涂布和干燥要求十分严格：例如涂层均匀，性能一致而稳定，表面洁净而平整,防止有各种划伤、条道、疵点等弊病。本发明可采用多种涂布方式，如沉浸涂布、自由落帘涂布、坡流挤压涂布等，只要能应用于丝网印刷的涂布方式，都属于本发明的保护范围。制网版的注重点是，必须保证涂布的感光膜层厚度均匀，若不均匀，则制备得到的微透镜折光率不一致，影响产品的质量。

步骤3：曝光冲洗：将设有显影图案的菲林阳片覆在感光膜层上，然后进行曝光，曝光时间根据感光膜层的厚度设定，曝光完成后网版用水冲洗，则网版上会出现与菲林阳片相吻合的网孔。曝光冲洗是显影的重要步骤，通过此步骤能够完成印刷需要的网版，该网版上会出现大小均一的孔阵。

步骤4：印刷：选定基材，待步骤3曝光好的网版干后，把网版覆在基材上，用刮板在网版上涂布透明的UV油墨，UV油墨会通过网孔粘附在基材上形成透明的UV油墨层，UV油墨层厚度均匀；UV油墨会透过网孔粘附在基材上，形成大小一致的微透镜组成的微透镜阵列，微透镜列阵是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的列阵，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。本发明所使用的透明油墨市面上即可随意购得，根据每个厂家生产出来的油墨纯度会有区别，UV油墨的透明度越高，则制备得到的微透镜质量越好。具体的，丝网版的干燥方式主要采用自然风干，一般自然风干的时候为10-15min，亦可采用其它设备辅助的吹干方式。

步骤5：晒版：将步骤4中完成的网版放到紫外灯下照射，照射时间只需要1-2秒即可，即可制得透明的微透镜晶体阵列，本发明制备得到的微透镜晶体的上表面为球面型。

其中，步骤1中所述网纱的目数为200-300目。丝网目数指的是2.54厘米（1英寸）的长度具有孔的数量。目数一般可以说明丝网的丝与丝之间的密疏程度。目数越高丝网越密，网孔越小。反之，目数越低丝网越稀疏，网孔越大。网孔越小，油墨通过性越差，网孔越大，油墨通过性就越好。在选用丝网时可根据承印的精度要求，选择不同目数的丝网。

其中，步骤2中感光膜层的厚度为90-140μm。感光膜的厚度是根据需要制备的微透镜的大小而确定的，感光膜层的厚度是通过湿膜厚度仪检测的，湿膜测厚仪又叫湿膜梳、测厚规、湿膜卡、湿膜测厚规，是测量色漆、清漆等各种涂料在施工时涂层厚度的工具。各种涂料施工后，立即将湿膜测厚仪稳定垂直地放在平整的工件涂层表面．立即可测得涂层厚度。

其中，步骤3中的曝光时间为5-7分钟。具体的曝光时间根据感光膜层的厚度而定，曝光的时间必须根据感光膜层的厚度选择适当的时间，过度曝光容易造成孔径不均匀，制备得到的微透镜质量不均一。曝光不足，感光乳液在冲洗程序前未完全凝固，冲洗时容易被水冲走，网孔的孔径不能保持一致，影响微透镜的质量。感光膜的厚度越薄，其表面的图案精度越高，因此需要的曝光时间越长。相反，感光膜的厚度越厚，则需要的曝光时间相应会短。

其中，步骤4中的基材为透明材质表面光滑的基材。基材透明，利于光的折射，表面光滑，易于油墨的粘附。

其中，步骤4中的基材为透明的玻璃、亚克力、PP塑料、PC塑料、PET、TPU和有机硅塑料中的任意一种。基材的使用具体根据需要把微透镜晶体应用在哪里而确定。

PP塑料是指聚丙烯，PC是指聚碳酸酯，PET是指聚对苯二甲酸类塑料，TPU是指热塑性聚氨酯弹性体。有机硅塑料具有耐高低温、耐水性好、高频绝缘性好，耐辐射、耐臭氧性好的特点。

其中，所述步骤4中刮板为硬度为65-75度的平头胶刮。刮板直接影响刮丝网时油墨的流速和涂布效果，经过试验多种型号和硬度的刮板，得出硬度为70度的平头刮板的涂布效果较好。

其中，所述步骤4中的刮板以与网版5°的夹角以250-350mm/秒的速度刮过。刮板与网版的角度和刮板运动的速度，会影响油墨的落油量，经过多次的实验得出，该角度和速度的涂布效果较好。

其中，所述步骤5中的紫外光强度为150-180mW/cm²。紫外光强度同油墨的感光度相关，不同的油墨有不同的感光度，根据油墨的感光度选择适合的紫外光强度。

一种微透镜晶体的应用，本发明制备的微透镜晶体应用于立体印刷、服饰、服装辅料、包装物料和光源放大。

本发明的有益效果：本发明利用丝网印刷这一传统工艺进行工艺改进，创新地制备出透明的微透镜晶体，相比过去热压模法或微喷打印法等，具有工艺简单，操作简便，流程简化，可通过选择不同丝网的网孔而制备出不同大小的微透镜，其可调节的范围大， 只要大于0.1mm的微透镜均可采用本发明的方法制得，而微喷打印法对生产大面积的微透镜具有技术限制，热压模法能制备不同大小的微透镜，但是其制模工序较复杂，可调节性不强，本发明单次制备的微透镜阵列面积至少为594mm×840mm，相比于传统的微透镜制备工艺只能制备几个平方厘米的面积，具有突破性地改进，因此能大幅度降低生产成本，提高生产效率，能适应各种领域的需求。

本发明的另一有益效果：传统工艺制备得到的微透镜，因受其传统制备工艺技术的限制，生产微透镜的操作比较复杂，制备效率低，难以实现高产量工业化生产，因此限制了微透镜的应用领域，本发明创新地克服传统制备微透镜的缺点，提高了生产效率，降低微透镜则制备成本，创新地利用微透镜的优点将其应用拓宽到其他领域。通过本发明的制备工艺制备得到的微透镜晶体，除了能应用于传统的电子电气行业之外，还能应用于立体印刷、包装物料、光源放大等其他领域，应用领域得到进一步的扩展。应用于立体印刷，能印刷出体力感强的图案和纹理，提高产品的美观度和增强产品的市场竞争优势，应用于包装物料能提高产品的包装档次，光源放大的应用主要是应用于灯罩的反射面，能够有效放大被反射的光源，具有节能环保的社会效益，能应用于防伪标示，用于服装上和服装辅料上，能提高服装的视觉效果和产品档次。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是通过本发明制备得到的微透镜与基材的结构示意图。

附图标记：1——基材    2——微透镜晶体。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1。

步骤1：制网架：选择200目的网纱固定在网框上制作成网架；

步骤2：制网版：首先用网刮在网架上涂制感光乳剂制备感光膜层，然后用干燥机烘干，重复以上步骤直至感光膜层为140μm厚，并且该感光膜层的厚度必须均匀；

步骤3：曝光冲洗：将设有显影图案的菲林阳片覆在感光膜层上，然后进行曝光5min，曝光完成后网版用水冲洗，则网版上会出现与菲林阳片相吻合的网孔；

步骤4：印刷：选定基材1，待步骤3曝光好的网版干后，把网版覆在基材1上，用刮板在网版上涂布透明的UV油墨，UV油墨会通过网孔粘附在基材1上形成透明的UV油墨层，UV油墨层厚度均匀；

步骤5：晒版：将步骤4中完成的网版放到紫外灯下照射，紫外灯强度为150mW/cm²。

制备得到的微透镜晶体2的直径为1mm，制备得到的微透镜晶体2如图1所示。

实施例2。

步骤1：制网架：选择225目的网纱固定在网框上制作成网架；

步骤2：制网版：首先用网刮在网架上涂制感光乳剂制备感光膜层，然后用干燥机烘干，重复以上步骤直至感光膜层为135μm厚，并且该感光膜层的厚度必须均匀；

步骤3：曝光冲洗：将设有显影图案的菲林阳片覆在感光膜层上，然后进行曝光5min，曝光完成后网版用水冲洗，则网版上会出现与菲林阳片相吻合的网孔；

步骤4：印刷：选定基材1，待步骤3曝光好的网版干后，把网版覆在基材1上，用刮板在网版上涂布透明的UV油墨，UV油墨会通过网孔粘附在基材1上形成透明的UV油墨层，UV油墨层厚度均匀；

步骤5：晒版：将步骤4中完成的网版放到紫外灯下照射，紫外灯强度为160mW/cm²。制备得到的微透镜晶体2的直径为800μm。

制备得到的微透镜晶体2如图1所示。

实施例3。

步骤1：制网架：选择250目的网纱固定在网框上制作成网架；

步骤2：制网版：首先用网刮在网架上涂制感光乳剂制备感光膜层，然后用干燥机烘干，重复以上步骤直至感光膜层为115μm厚，并且该感光膜层的厚度必须均匀；

步骤3：曝光冲洗：将设有显影图案的菲林阳片覆在感光膜层上，然后进行曝光7min，曝光完成后网版用水冲洗，则网版上会出现与菲林阳片相吻合的网孔；

步骤4：印刷：选定基材1，待步骤3曝光好的网版干后，把网版覆在基材1上，用刮板在网版上涂布透明的UV油墨，UV油墨会通过网孔粘附在基材1上形成透明的UV油墨层，UV油墨层厚度均匀；

步骤5：晒版：将步骤4中完成的网版放到紫外灯下照射，紫外灯强度为170mW/cm²。制备得到的微透镜晶体2的直径为500μm。

制备得到的微透镜晶体2如图1所示。

实施例4。

步骤1：制网架：选择300目的网纱固定在网框上制作成网架；

步骤2：制网版：首先用网刮在网架上涂制感光乳剂制备感光膜层，然后用干燥机烘干，重复以上步骤直至感光膜层为90μm厚，并且该感光膜层的厚度必须均匀；

步骤3：曝光冲洗：将设有显影图案的菲林阳片覆在感光膜层上，然后进行曝光7min，曝光完成后网版用水冲洗，则网版上会出现与菲林阳片相吻合的网孔；

步骤4：印刷：选定基材1，待步骤3曝光好的网版干后，把网版覆在基材1上，用刮板在网版上涂布透明的UV油墨，UV油墨会通过网孔粘附在基材1上形成透明的UV油墨层，UV油墨层厚度均匀；

步骤5：晒版：将步骤4中完成的网版放到紫外灯下照射，紫外灯强度为180mW/cm²，制备得到的微透镜晶体2的直径为300μm。

制备得到的微透镜晶体2如图1所示。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种微透镜晶体的制备工艺，其特征在于：包括以下制备步骤：

步骤1：制网架：根据需要印刷的微透镜大小选择对应目数的网纱固定在网框上制作成网架；

步骤2：制网版：首先用网刮在网架上涂布感光乳剂制备感光膜层，然后烘干，重复以上步骤直至感光膜层达到预定的厚度，且感光膜层的厚度均匀；

步骤3：曝光冲洗：将设有显影图案的菲林阳片覆在感光膜层上，然后进行曝光，曝光完成后的网版用水冲洗后网版上会出现与菲林阳片相吻合的网孔；

步骤4：印刷：选定基材，待步骤3曝光好的网版干后，把网版覆在基材上，用刮板在网版上涂布透明的UV油墨，UV油墨会通过网孔粘附在基材上形成透明的UV油墨层，UV油墨层厚度均匀；

步骤5：晒版：将步骤4中完成的网版放到紫外灯下照射，制得微透镜晶体阵列。

2.根据权利要求1所述的微透镜晶体制备工艺，其特征在于：步骤1中所述网纱的目数为200-300目。

3.根据权利要求1所述的微透镜晶体制备工艺，其特征在于：步骤2中感光膜层的厚度为90-140μm。

4.根据权利要求1所述的微透镜晶体制备工艺，其特征在于：步骤3中的曝光时间为5-7分钟。

5.根据权利要求1所述的微透镜晶体制备工艺，其特征在于：步骤4中的基材为透明的、表面光滑的基材。

6.根据权利要求5所述的微透镜晶体制备工艺，其特征在于：步骤4中的基材为玻璃、亚克力、PP塑料、PC塑料、PET、TPU和有机硅塑料中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的微透镜晶体制备工艺，其特征在于：所述步骤4中刮板为硬度为65-75度的平头胶刮。

8.根据权利要求1所述的微透镜晶体制备工艺，其特征在于：所述步骤4中的刮板以与网版呈5°夹角的摆放位置以每秒250-300毫米的速度刮过。

9.根据权利要求1所述的微透镜晶体制备工艺，其特征在于：所述步骤5中的紫外光强度为150-180mW/cm²。

10.权利要求1至9任一项所述工艺制备的微透镜晶体的应用，其特征在于：微透镜晶体应用于立体印刷、服饰、服装辅料、包装物料和光源放大。